石墨烯具有高導(dǎo)電性、高比表面積、二維連續(xù)結(jié)構(gòu)等特性，可以有效提高多種電化學(xué)儲(chǔ)能材料的性能(如硅負(fù)級(jí)，鋰過渡金屬氧化物正極，硫正極，鋰金屬負(fù)極及空氣正極等)。但目前石墨烯在應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域時(shí)仍有一些問題。

如，化學(xué)氣相沉積法可有效制備低缺陷的單層石墨烯，但在材料的產(chǎn)量及成本控制方面難以滿足能源領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的需求；而化學(xué)剝離法及機(jī)械剝離法雖然在產(chǎn)量和成本上具有一定優(yōu)勢，但在石墨烯的質(zhì)量方面有所欠缺，從而限制了石墨烯基電極材料的電化學(xué)性能。因此，需要發(fā)展一種低成本可量產(chǎn)制備高質(zhì)量石墨烯的新策略。

為此，浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊(duì)針對高質(zhì)量石墨烯設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)“缺陷度、堆疊度、片層連續(xù)度”，提出了一種可量化生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯粉體的方法：以商業(yè)化的氧化石墨烯溶液為原料，通過噴霧干燥-高溫還原兩步法即可完成高質(zhì)量石墨烯微花的制備。使用商業(yè)化的氧化石墨烯為原料不僅保證其低廉的成本和公斤級(jí)的生產(chǎn)能力，也保證了石墨烯微花在亞微米級(jí)尺寸的連續(xù)性。

高溫?zé)徇€原修復(fù)了石墨烯原子晶格中的缺陷，有效提高了材料的電導(dǎo)率。而石墨烯微花中的納米級(jí)褶皺抑制了高溫還原帶來的片層重新堆疊的效應(yīng)，最終形成了平均四層的寡層亂堆疊石墨烯結(jié)構(gòu)。與致密的多層AB堆疊石墨結(jié)構(gòu)相比，這種寡層堆疊結(jié)構(gòu)非常有利于電解質(zhì)的浸潤和活性物質(zhì)的均勻分布。

與目前常用于提高石墨烯基電極性能的雜原子摻雜方法相比，該種無缺陷石墨烯的制備方法在可控性和重復(fù)性上更有優(yōu)勢。此外作為一種粉體材料，這種石墨烯微花可直接采用傳統(tǒng)的商業(yè)化電極涂覆工藝，有利于將來的大規(guī)模電池裝配。

當(dāng)應(yīng)用于鋰硫電池時(shí)，高質(zhì)量的石墨烯微花-硫復(fù)合物的電化學(xué)性能超出常用石墨烯-硫復(fù)合物，最高達(dá)到5.2mAhcm-2的面積比容量。這是因?yàn)槭┚Ц竦男迯?fù)大幅提高了材料的電導(dǎo)率，從而更好地發(fā)揮不導(dǎo)電的活性物質(zhì)硫的容量。

同時(shí)石墨烯微花中寡層堆疊的石墨烯片可有效促進(jìn)納米級(jí)硫顆粒在石墨烯片上的均勻分布；其獨(dú)特的褶皺結(jié)構(gòu)可起到抑制聚硫離子溶解的作用，從而有效提高硫正極的容量及保持率。

當(dāng)用作鋁離子電池的正極時(shí)，高質(zhì)量的石墨烯微花粉末同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，超出同類石墨/石墨烯基粉末及塊體材料：在0.1-20Ag-1的電流密度下，正極比容量穩(wěn)定維持在100mAhg-1左右；可在18秒內(nèi)充滿電，循環(huán)5000次后沒有容量損失。

這些優(yōu)異的電化學(xué)性能均得益于高質(zhì)量石墨烯設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)：無缺陷的石墨烯晶格提供了更多的活性位點(diǎn)和更高的電導(dǎo)率，寡層堆疊的石墨烯結(jié)構(gòu)有利于電解液的浸潤和離子傳輸，而亞微米級(jí)二維連續(xù)的石墨烯片降低了電極電阻。