随着电子产品向小型化,轻量化,可穿戴式发展,以及电动汽车的兴起,储能器件的体积性能比作为一个比质量性能比更为准确可靠的性能评价标准,近年来受到越来越多的关注。碳基电极材料为电化学储能器件的快速发展做出了巨大的贡献的同时也局限于其较差的体积性能比。而这一结果多半是其较大的孔隙率和较低的密度导致的。石墨烯作为一种极具前景的电极材料,其作为电容型电极材料具有550 F/g的理论比容量,而作为储锂型电极材料具有744 mAh/g的理论容量。一般,增加孔隙率可以极大地改善石墨烯的质量比容量及其比率性能但同时也会导致石墨烯的密度急剧下降从而表现出较差的体积比容量。相反,消除石墨烯层间的孔,则会导致石墨烯团聚而丧失其本征的优异性质。目前来讲,制备具有较高的质量比容量和较高的体积比容量,同时兼顾较好的倍率性能的石墨烯依然是一个技术难题。本文介绍了一种简单的熔盐热处理的方法制备高密度石墨烯应用于电化学储能具有高能量密度。研究结果如下:1.介绍了一种简单,具有多功能的熔融氨基钠热处理的方法制备具有纳米孔洞结构的密致石墨烯(DNPG)。熔融氨基钠可以致使膨胀石墨烯致密化的同时实现氮掺杂。最重要的是,氨基钠可以在石墨烯的二维面上造孔,其孔径约为3-5 nm,且分布均匀。另外,研究还发现,孔径大小和氮含量的高低可通过调节EG的氧含量,NaNH2的剂量以及热处理的温度和时间来调控。2.研究了 EG和DNPG在三电极水系电解液体系中的电容性能,并组装了锂离子混合电容器,测试其在锂离子电池电解液中的电化学性能。基于DNPG的电极密度可达1.2 g/cm3.研究发现DNPG在6 M KOH电解液中在1 A/g的电流密度下表现出435 F/g的质量比容量,对应的体积比容量为522 F/cm2,远高于EG(253 F/g,96F/cm3)。虽然DNPG的结构密实化了,但由于二维穿孔的存在可作为锂离子传输的捷径,因此表现出优于EG的倍率性能和低于EG的传质阻抗。另外,构建锂离子混合电容器可将单个DNPG电极的工作电压窗口拓宽至3 V,因而表现出高达618 Wh/kg和740 Wh/L的比能量,甚至高于传统的锂离子电池正极材料如LiFePO4。3.介绍了一种有效的熔融硫代硫酸钾(CH3COSK)热处理EG的方法制备高密度硫掺杂的石墨烯。研究发现,DSG不仅具有高于EG的可逆容量,其首周库伦效率以及循环稳定性都优于EG。DSG膜电极的中活性物质的密度高达1.1 g/cm3,约为EG的三倍,在0.1和1 A/g的可逆容量分别2035和480 mAh/cm3。其在1 A/g循环500周后的容量高达443 mAh/cm3。另外,将电解液的质量考虑到电极的质量中,讨论了电极的封装密度与电极的最终的质量比容量和体积比容量的关系,发现不仅电极的体积比容量随电极密度的减小而上升,当电极材料和电解液的质量同时考虑到电极的质量中时,电极的质量比容量也随之下降。