为了解决可再充电锂（Li）离子电池阻止其快速接收或释放能量的问题，Rensselaer Polytechnic Institute的工程研究人员特意设计了石墨烯片中的缺陷，从而产生了一种可以用作石墨烯阳极材料。充电或放电的速度是当前锂离子电池中使用的传统阳极的10倍。
“锂离子电池技术宏伟，但由于功率密度有限以及无法快速接受或释放大量能量而受到真正阻碍。通过在电池架构中使用我们的缺陷工程石墨烯纸，我认为我们可以帮助克服这一局限性。”伦斯勒的John A. Clark和Edward T. Crossan工程学教授Nikhail Koratkar说。
“我们相信这项发现已经成熟，可以商业化，并且可以对电动汽车和便携式电子应用的新型电池和电气系统的开发产生重大影响。”
根据伦斯勒说：
锂离子充电电池是手机，笔记本电脑和平板电脑，电动汽车以及一系列其他设备的行业标准。尽管锂离子电池具有高能量密度并可以存储大量能量，但它们的功率密度低，无法快速接收或释放能量。如此低的功率密度是为什么要为手机或笔记本电脑的电池充电约一个小时的原因，以及为什么电动汽车发动机不能仅依靠电池，而需要超级电容器来实现加速和制动等大功率功能的原因。
Koratkar和他的团队使用世界上最薄的材料石墨烯制成了一张纸，该纸本质上是我们铅笔中常见的单层石墨或在烧烤架上燃烧的木炭，然后用激光或照相机闪光灯将其切开，研究团队认为，
他们的新电池是实现仅基于高能，高功率锂离子电池的更简单，性能更好的汽车发动机这一目标的关键踏脚石。
下面由伦斯勒（Rensselaer）解释了创建电池的过程：
“在以前的研究中，带有石墨阳极的锂离子电池表现出良好的能量密度，但功率密度低，这意味着它们无法快速充电或放电。这种缓慢的充电和放电是因为锂离子只能物理地从边缘进入或离开电池的石墨阳极，并在石墨烯的单层长度上缓慢运行。
“ Koratkar的解决方案是使用一种已知技术来制造大张氧化石墨纸。这种纸的厚度约为普通打印机纸的厚度，几乎可以制成任何尺寸或形状。然后，研究团队将一些氧化石墨烯纸暴露在激光下，并将其他纸样暴露在数码相机的简单闪光灯下。在这两种情况下，由于氧化石墨烯中的氧原子被猛烈地从结构中排出，来自激光或闪光灯的热量实际上会在整个纸张中引起微小爆炸。这种氧气外流的后果是石墨烯片状的麻子，上面印有无数的裂纹，孔，空隙和其他瑕疵。逸出的氧气所产生的压力也促使石墨烯纸的厚度膨胀了五倍，从而在石墨烯单片之间形成了较大的空隙。
研究人员很快了解到，这种受损的石墨烯纸作为锂离子电池的阳极表现出色。在锂离子缓慢穿过整个石墨烯片进行充电或放电之前，这些离子现在利用裂缝和气孔作为快速进入或退出石墨烯的捷径，从而极大地提高了电池的整体功率密度。Koratkar的团队演示了他们的实验阳极材料如何比锂离子电池中的传统阳极充电或放电快10倍，而不会造成能量密度的显着损失。尽管在整个结构中无处不在的微孔，裂缝和空隙无处不在，但石墨烯纸阳极仍然非常坚固，即使经过1000多次充电/放电循环，仍然可以成功地继续工作。石墨烯片的高电导率还使得能够在阳极中进行有效的电子传输，这是大功率应用的另一必要特性。
“ Koratkar说，可以很容易地扩大用于锂离子电池的这些新型石墨烯纸阳极的生产工艺，以适应工业需求。石墨烯纸可以制成基本上任何尺寸和形状，并且通过激光或照相机闪光灯进行的光热曝光是一种容易且廉价的复制方法。研究人员已为他们的发现申请了专利保护。该研究项目的下一步是将石墨烯阳极材料与高功率阴极材料配对以构成一个完整的电池。”
资源：伦斯勒理工学院
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