超級(jí)電容器作為新型儲(chǔ)能器件，具有功率密度高、充電時(shí)間短、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度一直受限于電極材料的性能。中科院電工所馬衍偉課題組通過金屬鎂熱還原二氧化碳?xì)怏w，成功制備出富含孔道結(jié)構(gòu)的石墨烯電極材料。 
 

　　基于此石墨烯研制的超級(jí)電容器，在水系和有機(jī)電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的功率特性和循環(huán)壽命，在功率密度為 1 kW/kg的時(shí)候，能量密度高達(dá)80 Wh/kg，遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化活性炭基超級(jí)電容器；并且當(dāng)功率密度達(dá)到20 kW/kg時(shí)，能量密度仍能保持在33 Wh/kg。結(jié)果表明該石墨烯基超級(jí)電容器在高功率/高能量密度的動(dòng)力儲(chǔ)能器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)成果發(fā)表在Nature旗下期刊Scientific Reports雜志（Sci. Rep., 2013, 3: 3534）。 
 

　　此外，通過控制熱還原反應(yīng)溫度，課題組還首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同結(jié)構(gòu)碳納米材料的可控制備，其中包括管狀碳納米結(jié)構(gòu)和中空碳納米盒子。該項(xiàng)工作對(duì)宏量可控制備碳納米材料具有指導(dǎo)意義。 
 

　　相關(guān)研究工作得到北京市科委和中國科學(xué)院項(xiàng)目的支持。 

 

　　圖1：鎂熱還原制備的碳納米材料 
 

(a-b) 石墨烯透射電鏡照片；(c-d) 管狀碳納米結(jié)構(gòu)透射電鏡照片；(e-f) 中空碳納米盒子透射電鏡照片
 

 

　　圖2：碳納米材料的形成機(jī)理 
 

　　(A-C) 石墨烯的形成圖示；(D-E) 管狀碳納米結(jié)構(gòu)的形成圖示；(G-I) 中空碳納米盒子的形成圖示