石墨烯目前是世界上研究最多的材料-這關(guān)于電能儲存尤其如此，許多實驗室的結(jié)果證實了其改變當今能源儲存格局的潛力。

具體而言，石墨烯可以為儲能裝置供應(yīng)幾個新的特點，例如更小的電容器，完全柔性甚至可卷動的儲能裝置，透明電池以及大容量和快速充電裝置。

盡管取得了顯著的進展，但石墨烯在能源儲存市場的未來仍面對諸多挑戰(zhàn)。作者討論并提出了解決這些挑戰(zhàn)的方法，并簡要討論了其他新興2D材料在儲能應(yīng)用方面的潛力。

石墨烯儲能

石墨烯由于非常高的表面積而引起了應(yīng)用于超級電容器的極大興趣。然而要理解超級電容器中石墨烯的極限，重要的是要了解全封裝產(chǎn)品的能量密度，而不僅僅是活性物質(zhì)的電容。除了石墨烯的電容外，石墨烯基超級電容器的最大能量密度取決于其他幾個參數(shù)，如石墨烯薄膜的厚度和密度，以及包括電流收集器和分離器在內(nèi)的其他電池元件，電解液的性質(zhì)和密度，電池的工作電壓窗口和封裝效率等。

石墨烯在廣泛的電池中也非常有用，包括氧化還原液流電池、金屬空氣電池、鋰硫電池、更重要的是鋰離子電池。石墨烯可以被化學(xué)加工成各種形式，既適用于正極，也適用于負極，從而能夠制造出具有超高能量密度的全石墨烯電池。

研究人員還多次展示了石墨烯復(fù)合材料的使用，例如碳納米管/石墨烯三明治，用于高速率鋰硫電池或促進鋰金屬電池；或與二硫化鉬一起用作鈉離子電池的高性能電極。甚至使用石墨烯油墨的3D打印石墨烯電池也已經(jīng)被證實

電池用石墨烯的合成與組裝

以量子點(0D)、導(dǎo)線(1D)、薄膜(2D)、整料（3D）和具有潛力的4D自愈和/或自折疊結(jié)構(gòu)的形式覆蓋所有四維形式產(chǎn)品，可以制備出各種獨特的石墨烯宏觀組裝體，如下圖所示：

石墨烯的合成與組裝可以操縱石墨烯片形成宏觀結(jié)構(gòu)，利用各個石墨烯片的獨特特點來構(gòu)建可用于許多不同應(yīng)用的新石墨烯結(jié)構(gòu)。2D石墨烯片可以組裝成各種維度的宏觀結(jié)構(gòu)：0D量子點，1D線性結(jié)構(gòu)，2D膜，3D整料和潛在的4D自折疊結(jié)構(gòu)。描述了制備這些結(jié)構(gòu)的方法以及它們?nèi)绾斡绊懯┑男再|(zhì)和應(yīng)用。AAO，陽極氧化鋁;CNT，碳納米管;CVD，化學(xué)氣相沉積;GO，氧化石墨烯;量子點，量子點。（點擊圖片放大）

石墨烯的加工

為了實現(xiàn)石墨烯的商業(yè)潛力，有必要開發(fā)性能可靠，成本效益高，操作簡便的工業(yè)化石墨烯電極制造工藝。

溶液處理為石墨烯電極的制造供應(yīng)了一種簡單而有效的策略，并且與目前工業(yè)上用于制備電池電極的生產(chǎn)工藝相兼容。

石墨烯粉體可以使用各種涂布技術(shù)加工成電極，包括浸涂，棒涂，噴涂，噴墨印刷，旋涂，絲網(wǎng)印刷，凹版印刷，刮涂，靜電紡絲，電沉積，真空過濾，滴注，界面沉積，Langmuir-Blodgett沉積和逐層組裝。

最合適的涂覆技術(shù)取決于最終電極的所需性質(zhì)和尺寸以及粉體中所需的膜厚度和石墨烯的量。另一個重要的參數(shù)是設(shè)備的設(shè)計，即是否要傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)或平面儲能設(shè)備。

為電池供應(yīng)一組新功能

現(xiàn)在智能手機和其他便攜式電子設(shè)備已經(jīng)無處不在，一個重要的問題仍然存在：電池技術(shù)沒有跟上對它們的需求。此外，由于缺乏可靠的電池，電動汽車仍然無法在使用內(nèi)燃機的車輛上被輕易采用。很快，石墨烯就可以建立新一代的儲能設(shè)備，具備現(xiàn)有技術(shù)不可能具備12個新特性，如下表所述：

石墨烯的局限性和可能的解決方法

在這篇評論的最后一部分，作者討論了為實現(xiàn)石墨烯電池和超級電容器的實際應(yīng)用而要解決的許多挑戰(zhàn)。

盡管研究人員已經(jīng)證明石墨烯電池和超級電容器的性能特點遠遠超過了商用電池的性能，但缺乏大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯的可行技術(shù)還是限制了其潛力。

石墨烯生產(chǎn)成本的估算取決于材料的質(zhì)量，從每千克幾十到幾千美元不等，但仍然不能與最時髦的材料競爭。例如，超級電容器目前使用的活性碳成本非常低（每公斤15美元），對其他材料的進入是很大的障礙。

作者認為，石墨烯由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能和獨特的大表面積、高導(dǎo)電性和優(yōu)異的機械性能的獨特組合，已經(jīng)改變了儲能領(lǐng)域的面貌。然而，由石墨烯構(gòu)建的儲能裝置的全部潛力尚未實現(xiàn)，特別是在低成本大量生產(chǎn)具有可控微觀結(jié)構(gòu)和低殘余氧含量的石墨烯的可行技術(shù)方面仍存在許多挑戰(zhàn)。

他還認為，應(yīng)用理論計算和實驗研究解決現(xiàn)有的挑戰(zhàn)，應(yīng)該做更多的研究努力。進一步了解石墨烯片在納米尺度上的相互用途，形成不同形狀和尺寸的自組裝結(jié)構(gòu)將推動石墨烯更多的潛在應(yīng)用。預(yù)計石墨烯研究將在未來十年內(nèi)繼續(xù)迅速擴大，將會對我們的生活出現(xiàn)真正的影響。