石墨烯石墨烯之所以被广泛应用，是由其自身的内部结构决定的。石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以 sp² 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以 sp2 杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有 4 个价电子，其中 3 个电子生成 sp2 键，即每个碳原子都贡献一个位于 pz 轨道上的未成键电子，近邻原子的 pz 轨道与平面成垂直方向可形成 π 键，新形成的 π 键呈半填满状态。讨论证实，石墨烯中碳原子的配位数为 3，每两个相邻碳原子间的键长为×10-10 米，键与键之间的夹角为 120°。除了 σ 键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的 pz 轨道可以形成贯穿全层的多原子的大 π 键（与苯环类似），因而具有优良的导电和光学性能。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了 70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了优良导热特性。超级电池采纳单原子厚度的碳层构成，这项技术能够在最短时间内对手机和汽车快速充电，能够很容易制造并整合成为器件，未来有望制造更小的手机。石墨烯储能和放电过程中不发生电池反应，只是将电子储存和释放，是物理变化。由此，应当称其为电容，而不是电池。目前，石墨烯应用于电池上的讨论基本上有 3 个方向：一是以石墨烯形成全新体系电池。就是说以石墨烯制造一个全新体系的电池，在性能上是颠覆性的，称作“超级电池”。使用这种材料制作的电池，能量密度超过 600wh/kg，是目前动力锂电池的 5 倍，一次充电时间只需 8 分钟，可行驶 1000 公里；电池重量只有锂离子电池的一半，体积也会大幅缩小，减轻使用该电池汽车的自身重量；电池的使用寿命更长，是传统氢化电池的 4 倍，锂电池的 2 倍；其成本将比目前锂电池降低 77%。这些物理参数都符合超级电池的要求。二是以石墨烯强化现有电池性能。将石墨烯运用到现有电池上，改进提升锂电池、太阳能电池等电池性能，力图达到超级电池的性能。对于那些已投巨资建设锂电池工厂的企业，短期内很难再投资开发一种全新电池，利用石墨烯的特性来提升现有锂电池性能，或许更为现实。就石墨烯属性来说，作为最薄、最坚硬、导电性良好且拥有强大灵活性的...
