超級電容器作為新型儲能器件，具有功率密度高、充電時間短、使用壽命長等優點，但其能量密度一直受限于電極材料的性能。中科院電工所馬衍偉課題組通過金屬鎂熱還原二氧化碳氣體，成功制備出富含孔道結構的石墨烯電極材料。 
 

　　基于此石墨烯研制的超級電容器，在水系和有機電解液中表現出優異的功率特性和循環壽命，在功率密度為 1 kW/kg的時候，能量密度高達80 Wh/kg，遠高于目前商業化活性炭基超級電容器；并且當功率密度達到20 kW/kg時，能量密度仍能保持在33 Wh/kg。結果表明該石墨烯基超級電容器在高功率/高能量密度的動力儲能器件上具有廣闊的應用前景。相關成果發表在Nature旗下期刊Scientific Reports雜志（Sci. Rep., 2013, 3: 3534）。 
 

　　此外，通過控制熱還原反應溫度，課題組還首次實現了對不同結構碳納米材料的可控制備，其中包括管狀碳納米結構和中空碳納米盒子。該項工作對宏量可控制備碳納米材料具有指導意義。 
 

　　相關研究工作得到北京市科委和中國科學院項目的支持。 

 

　　圖1：鎂熱還原制備的碳納米材料 
 

(a-b) 石墨烯透射電鏡照片；(c-d) 管狀碳納米結構透射電鏡照片；(e-f) 中空碳納米盒子透射電鏡照片
 

 

　　圖2：碳納米材料的形成機理 
 

　　(A-C) 石墨烯的形成圖示；(D-E) 管狀碳納米結構的形成圖示；(G-I) 中空碳納米盒子的形成圖示