利用化学改性的石墨烯作为电极材料，红宝石电容需要大面积高质量的石墨烯单晶

我国石墨烯制备的产业化现状是低端领域生产已经初具规模。目前，国内部分厂家如第六元素、宁波墨西、重庆墨希、二维碳素等厂家已经实现了氧化还原法或液相剥离法石墨烯粉体以及化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)石墨烯薄膜的规模化生产。根据不完全统计，目前我国石墨烯粉体产能共计3450吨/年，石墨烯薄膜产能105万平方米/年，但目前生产的石墨烯质量较差，仅能满足涂料、锂电池添加剂、复合材料添加剂、触摸屏等低端领域的需求。高端领域生产短期内较难突破。高速电子器件、光电探测器等高端领域需要大面积高质量的石墨烯单晶，与普通多晶态石墨烯薄膜相比，单晶石墨烯薄膜制备异常困难，目前只能做到毫米级大小，与可实用化的晶圆级大小仍有相当距离，短期内较难突破，化学气相沉积法是最具开发潜力的制备技术。在石墨烯产业下游应用方面: 低端需求逐步打开，红宝石电容高端领域受制于高质量石墨烯的制备。随着批量化生产以及大尺寸薄膜制备等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，目前锂离子正极材料导电添加剂、导热材料、塑料添加剂、导电油墨等低端应用领域即将进入或已经实现产业化。我国石墨烯产业正逐渐由产业化初期步入快速成长期，石墨烯作超级电容器电极材料石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层；但是在形成宏观聚集体过程中，红宝石电容石墨烯片层之间互相杂乱叠加，会使得形成有效双电层的面积减少（一般化学法制备获得的石墨烯具有200~1200m2/g）。即使如此，石墨烯仍然可以获得100~230F/g的比电容。如果其表面可以完全释放，将获得远高于多孔炭的比电容。在石墨烯片层叠加，形成宏观体的过程中，形成的孔隙集中在100nm以上，有利于电解液的扩散，因此基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性。石墨烯作为超级电容器电极材料使用时其主要储能机理为双电层电容储能。2005年，科研人员Vivekchand等首次制备出石墨烯电容器，在电解液为硫酸的情况下，其比容量高达117F/g。自此，石墨烯基材料在超级电容器电极和电解液中的应用研究广泛开展起来。Ruoff及其合作者开发石墨烯双电层超级电容器（图1-8），他们利用化学改性的石墨烯作为电极材料。在水及有机电解液体系中，测试了基于石墨烯的超级电容器的性能，这种石墨烯电极比容量分别为135F/g和99F/g，其电容保持率为93%。