提高材料的力学性能和电子传输能力，红宝石电容碳纳米管和富勒烯碳复合材料

当采用50mA/g的电流密度充放电时，这种石墨烯电极材料的比容量为540mA/g；如果在其中掺入C60和碳纳米管后增加其层间距，其比容量可高达784mA/g和730mA/g；经2000次循环后，容量均有一定程度的衰减。此后，国内外对石墨烯负极开展了一系列的研究。锂离子电池负极材料选用石墨烯复合材料来充当是目前材料界的研究热点，锂离子电池无污染、自放电效应小、充电效率高、能量密度大、循环稳定性好，把石墨烯作为锂离子电池的柔性衬底，可以提高电池电极的导电性和循环稳定性。目前作为主要锂电池负极材料的石墨碳的理论比容量仅为372mAh/g。石墨具有结晶的层状结构，易于锂离子在其中的嵌入/脱嵌，形成层间化合物LiC6，是一种性能稳定的负极材料。但石墨负极理论比容量仅为372mAh/g，因此要实现锂离子电池高比能量化，必须研发高容量的负极材料。石墨烯大的比表面积和良好的电学性能决定了其在锂离子电池领域的巨大潜力。红宝石电容石墨烯由单层碳原子排列而成，所以锂离子不仅可以存储在石墨烯片层的两侧，还可以在石墨烯片层的边缘和空穴中存储，其理论容量为740~780mAh/g，为传统石墨材料的2倍多。此外，采用石墨烯作为锂离子电池负极材料，锂离子在石墨烯材料中的扩散路径比较短，且电导率较高，可以大幅提高其倍率性能。但是纯石墨烯材料直接用作锂离子电池负极材料存在问题，如第一周期库仑效率低，充放电平台和循环稳定性差，因而无法替代目前商用的碳材料。石墨烯作为优良的基体材料在锂离子电池复合电极材料中发挥更大的作用。通常石墨烯与天然石墨、碳纳米管和富勒烯碳复合材料，可以充分利用石墨烯的特殊层结构，提高材料的力学性能和电子传输能力。同时，石墨烯层掺杂后间距增大，提供更多的锂存储空间。红宝石电容石墨烯作为动力电池的负极材料可使动力电池结合锂离子电池高比能量和超级电容器高比功率的特点。美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员利用石墨烯材料开发出一种新型储能设备，称为“表面交换电池”，可将充电时间从过去的数小时之久缩短到不到1min。采用石墨烯电极的新型电池的比功率为100kW/kg，比商业锂离子电池高100倍；比能量为160kW/kg，与商品锂离子电池相当。