中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：制備無缺陷石墨烯的步驟：（a）石墨烯，（b）鉀-石墨烯夾層復(fù)合物，（c）石墨烯納米片，（d）無缺陷石墨烯。數(shù)字圖像：（e）鉀-石墨，（f）石墨納米片，（g）無缺陷石墨。（h）掃描圖片：（左邊）石墨納米片，（右邊）無缺陷石墨。（i）和（j）分別為（a-d）圖中材料的X射線衍射與拉曼圖譜的對比。上述圖片來自2014年的美國化學(xué)學(xué)會(huì)的帕克等人。
盡管實(shí)際應(yīng)用中的石墨烯通常含有缺陷，但是物理學(xué)家已經(jīng)證明，石墨烯在鋰離子電池中非常有用。雖然目前大規(guī)模生產(chǎn)純的、結(jié)構(gòu)均勻且尺寸可調(diào)的可應(yīng)用電池仍然很難，但是在一項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種方法來生產(chǎn)無缺陷的石墨烯（df-G），并且生產(chǎn)的石墨烯沒有任何具有缺陷結(jié)構(gòu)的痕跡。通過在帶正電荷的Co3O4周圍包裹一大層帶負(fù)電荷的石墨烯，可以為高性能鋰離子電池制備出一個(gè)非常有效率的陽極。
該項(xiàng)研究是由來自韓國先進(jìn)科技學(xué)院的Junk-Ki Park和Hee-Tak Kim教授，以及同樣位于南韓大田市的韓國韓巴大學(xué)Yong-Min Lee教授所組成的團(tuán)隊(duì)開展的，目前，他們已將這種新的制備方法發(fā)表在最近一期的納米快報(bào)。
正如研究人員解釋的那樣，當(dāng)前制備高質(zhì)量石墨烯的方法分為兩類：機(jī)械法與化學(xué)法。雖然機(jī)械分裂法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，但是其較低的生產(chǎn)效率使得機(jī)械法難以在大規(guī)模生產(chǎn)得到運(yùn)用。相反，化學(xué)法可以大規(guī)模生產(chǎn)，但是產(chǎn)品質(zhì)量卻比較差。
新方法不同于上述兩種方法，其涉及到幾個(gè)重要步驟。首先，研究人員將石墨烯粉填充在派熱克斯玻璃管中，然后將這種通管置于一個(gè)稍微大一點(diǎn)的管中，最后，他們添加鉀于兩管之間底部的間隙中，密封管后對其加熱。加熱引起融化的鉀在石墨粉間的空隙中流動(dòng)，以致鉀分子在石墨烯層間形成夾層。然后將得到的鉀-石墨烯復(fù)合物置于吡啶溶液中，這種溶液使得形成的夾層間距增加，形成的石墨烯納米片隨后可以被冷卻，然后這樣一層一層的被剝落下來。
研究人員進(jìn)行了很多組實(shí)驗(yàn)，比如改變溫度與溶劑類型，這些對控制石墨烯的質(zhì)量與尺寸都至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)：通過控制剝離溫度，石墨烯的尺寸可以在0.25-14.0um2之間變化。
研究人員已經(jīng)證明：在帶正電荷的Co3O4塊周圍包裹大尺寸帶負(fù)電荷的石墨片，制備的陽極具有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)。最重要特點(diǎn)是其在經(jīng)過很多次的循環(huán)后仍然具有高的容量（即使200次循環(huán)后，在500mA/g電流密度下，具有1050mAh/g的比容量，在1000mA/g電流密度下，具有900mAh/g的比容量）。就研究人員所知道的，這種可逆容量是所報(bào)道的所有Co3O4電極中最高的。
研究人員解釋到，具有完美晶體結(jié)構(gòu)的大尺寸石墨烯之所以能夠改善陽極的性能，這是因?yàn)楫?dāng)單個(gè)石墨烯片被包裹在一束Co3O4顆粒上時(shí)，Co3O4顆粒將會(huì)聚集在一起，否則將會(huì)從陽極上產(chǎn)生電分離。正是由于這種保護(hù)效應(yīng)，陽極的容量即使在循環(huán)200次后仍然保全的很好，相反，若是使用有缺陷的石墨烯層，陽極容量將會(huì)隨著循環(huán)進(jìn)行急速降低。而大尺寸石墨烯在性能方面之所以起到關(guān)鍵性的作用，是因?yàn)榇蟪叽缡┩ㄟ^改善陽極材料的完整性，為納米陽極材料提供了一個(gè)高循環(huán)穩(wěn)定性的環(huán)境。
