根據(jù)美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院研究人員的預(yù)計(jì)，石墨烯電極材料比當(dāng)今鋰離子電池中慣用的石墨電極材料的充電或放電速度快10倍。

1 美加州大學(xué)洛杉磯分校制成多孔三維石墨烯架構(gòu)
鋰離子電池的性能取決于電極材料性能。尤其是材料不僅應(yīng)具有高導(dǎo)電性，而且還應(yīng)能夠提供電池充放電周期中，鋰原子快速嵌入和再嵌入所需的極好孔隙率。
單層碳原子結(jié)構(gòu)的石墨烯，雖然在理論上具有更大的比表面積和出色的機(jī)械柔性。但是要在實(shí)際操作中將石墨烯集成于大體積的鋰離子電池而無(wú)聚集是很困難的，而且還會(huì)嚴(yán)重降低比表面積。
基于這種情況，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的團(tuán)隊(duì)制備了一種石墨烯氣溶膠，并用一種簡(jiǎn)單的方法將石墨烯氣溶膠轉(zhuǎn)換成溶劑化的石墨烯三維多孔架構(gòu)，大大提升了鋰離子交換和導(dǎo)電性。
為了制備這種石墨烯架構(gòu)，科學(xué)家們通過(guò)一種改進(jìn)的水熱法，利用氧化石墨形成自由無(wú)支撐的石墨烯氣溶膠立方體。通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑置換，他們將氣溶膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成三維溶劑化的石墨烯架構(gòu)。然后，可將這種溶劑化石墨烯架構(gòu)很方便地壓成薄膜，裝入鋰離子紐扣電池，而不損害多孔的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
這種易于制備的陽(yáng)極不僅可使鋰離子的滲透更為快速，同時(shí)還保持了石墨烯片層的大表面積和出色的導(dǎo)電性。研究表明，溶劑化的多孔三維石墨烯氣溶膠結(jié)構(gòu)，具有更好的電化學(xué)性能。

2 韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明可提升鋰離子電池性能的三維石墨烯材料
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(KAIST)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的用于鋰離子電池的新型石墨烯電極材料，與常規(guī)鋰離子電池相比，充電速度更快，而且電容量不會(huì)降低。
團(tuán)隊(duì)稱(chēng)，傳統(tǒng)石墨烯是一種二維碳原子片層，制備方法通常是將石墨溶于一種化學(xué)溶液中，然后再將石墨分離成超薄的片層碳材料。
但這種方法制備的石墨烯會(huì)在碳片層材料上留下少量的雜質(zhì)。材料中雜質(zhì)在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用后，會(huì)降低電池電容。團(tuán)隊(duì)采用化學(xué)沉積法，制備了不含任何雜質(zhì)的三維形式的片層碳材料。與傳統(tǒng)材料制備方法相比，新制備方法制備的石墨烯材料由于不含雜質(zhì)，制備的電池再充電速度大幅提升。
相關(guān)測(cè)試已經(jīng)證實(shí)，制備的電池在經(jīng)過(guò)10000個(gè)再充電周期后，未發(fā)生電容降低現(xiàn)象。

3 美科學(xué)家對(duì)三維石墨烯納米泡沫電極的氫化處理，提升電池性能
鋰離子電池的多項(xiàng)關(guān)鍵性能，例如，電容量、電壓和能量密度，最終取決于鋰離子和電極材料之間的結(jié)合程度。電極在結(jié)構(gòu)、化學(xué)過(guò)程和形狀方面的微小變化，都會(huì)顯著影響鋰離子和電極材料的結(jié)合強(qiáng)度。
美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)多次試驗(yàn)和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池(LIBs)中，通過(guò)對(duì)三維石墨烯納米泡沫電極進(jìn)行氫化處理，可顯著提升電池容量和傳輸性能，這有助于基于石墨烯的高功率電極材料的研發(fā)。
團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)和多種計(jì)算表明，對(duì)富含缺陷的石墨烯進(jìn)行刻意的低溫氫處理，可以提升倍率容量。因?yàn)闅湓訒?huì)與石墨烯中缺陷發(fā)生互動(dòng)，打開(kāi)了一些小的開(kāi)口，促進(jìn)了鋰離子的滲透，從而提升了離子傳輸。通過(guò)提升氫原子最易結(jié)合的邊界附近鋰離子的結(jié)合度，還能提高可逆容量。

為了研究石墨烯中缺陷的氫化處理對(duì)鋰離子儲(chǔ)存能力的作用，研究團(tuán)隊(duì)在氫接觸的過(guò)程中，嘗試了各種不同的加熱條件，并研究了三維石墨烯納米泡沫(GNF)電極電化學(xué)性能，這些電極主要由帶缺陷的石墨烯構(gòu)成。三維石墨烯泡沫無(wú)須使用黏合劑的特點(diǎn)，避免了添加劑使用帶來(lái)的負(fù)面影響，因此是一種理想材料。
該研究表明，對(duì)基于石墨烯的陽(yáng)極材料，進(jìn)行受控的氫化處理，可作為一種優(yōu)化鋰離子傳輸和可逆儲(chǔ)存的有效方法方法。