與傳統二維石墨烯相比，石墨烯氣凝膠具有較高的比表面積和良好的機械穩定性，具有更好的研究價值和廣闊的應用前景。然而，石墨烯氣凝膠的電子傳遞能力有限，表面極性較弱，導致其電化學性能較差。該問題可以通過制備石墨烯氣凝膠基復合材料(GACs)來解決。本文簡要介紹了GACs的結構優化及其在電池和超級電容器中的應用。石墨烯氣凝膠獨特的三維多孔結構為非金屬/金屬原子、非金屬化合物、金屬化合物和雙金屬化合物提供了許多加載位點。通過優化結構，包括孔結構、相結構、晶格結構和微觀結構，提高了GACs的吸附能力、氧化還原能力和電導率。鋰離子電池、鈉離子電池、鋰-S電池、液流電池和超級電容器的性能也得到了提高。GACs的結構通過前驅體加工技術和干燥技術實現。總結了各種加工方法，供研究者參考。此外，本文還重點介紹了GACs的研究現狀，提出了存在的問題和未來的研究方向。
圖1. (a) 2008年至2022年GACs發展情況;(b) GACs的研究分布情況和(c) GACs在每個領域在不同階段的出版物。
圖2. 研究GACs的思維導圖。
圖3. (a) Gr/CNT氣凝膠、(b) C -HPMC /rGO-x、(c) GO-COS和(d) C-AL/CNF-5多孔結構的制備過程。
圖4. (a)聚烯丙胺鹽酸鹽、(b. e) 氨溶液、(c)氨氣和(d)殼聚糖氨衍生的氮摻雜石墨烯氣凝膠制備工藝。
圖5. (a)冷凍干燥方法、(b)真空干燥方法和(c)超臨界二氧化碳干燥方法示意圖。
圖6.鋰離子電池中LFP@GA和LFP/GA的(a1, b1)理論模型，(a2, b2)倍率性能和(a3, b3)循環穩定性 。
相關研究成果由陜西科技大學材料科學與工程學院、陜西省無機材料綠色制備與功能化重點實驗室Liyun Cao等人于2023年發表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140094)上。原文：Structure optimization of graphene aerogel-based composites and applications in batteries and supercapacitors。
轉自《石墨烯研究》公眾號
