自2004年首次剝離以來，石墨烯因其極具吸引力的特性而在材料工程的許多領域得到了廣泛的研究。近來，通過結合石墨烯和其他電化學材料的優點以實現優異的電化學性能，基于石墨烯的復合材料在電化學能量存儲方面引起了越來越多的關注。在這篇綜述中，我們從石墨烯的性質和生產方法入手，從結構和界面工程的觀點總結了石墨烯基復合材料用于電化學儲能的最新研究進展，并強調尺寸和復合界面特性在這些復合材料的合理構造和設計中的重要性。我們還將討論石墨烯基復合材料具體的最新應用，從電化學電容器和鋰離子電池到新興的電化學儲能系統，例如金屬-空氣和金屬硫電池。還總結和討論了石墨烯基復合材料用于電化學儲能的新特性和面臨的挑戰。這篇綜述專門針對石墨烯與其他電化學材料的組合以優化其性能提供了新的見解，并將概述進一步改進石墨烯基復合材料以用于下一代電化學儲能裝置的方法。
Figure 1. 綜述概要的示意圖。GBCs代表基于石墨烯的復合材料。
Figure 2. 石墨烯的性質、制備方法、缺陷和衍生物。（a）在電導率、熱導率、機械行為、不透明度、SSA和化學行為方面的各種特性。（b）就石墨烯質量、成本、可擴展性、純度和產率而言，最常見的石墨烯合成途徑。（c）在石墨烯中引入內在或外在缺陷。（d）石墨烯衍生物不同結構的示意圖。
Figure 3. 制備具有不同尺寸的石墨烯基復合材料的典型合成策略的示意圖。（a）原位策略，包括一步原位生長、多步原位轉化以及在其他材料上石墨烯的原位生長。（b）異位策略。
Figure 4. 通過有效地將石墨烯與各種尺寸（0D、1D、2D和3D）的活性材料復合而制成的石墨烯基復合材料的插圖，以LiFePO
4/石墨烯復合材料為例
Figure 5. 石墨烯基復合材料的結構模型主要可以分為三種類型：石墨烯負載型、石墨烯包裹型和石墨烯混合型復合材料。負載：活性材料顆粒被石墨烯負載、石墨烯包括石墨烯錨定的復合材料、夾心狀復合材料和分層結構化復合材料。包裹：活性材料顆粒被石墨烯片包裹，可分為部分包裹和完全包裹的復合材料。混合：在電極制備過程中，將石墨烯負載和石墨烯包裹的復合材料混合在一起。
Figure 6. 改善石墨烯基復合材料與電解質之間界面接觸的各種策略可分為三類：（1）在石墨烯基復合材料中建立多孔結構；（2）改善石墨烯基復合材料的電解質潤濕性；（3）調節復合物中石墨烯組分的取向。
Figure 7. 基于0D、1D、2D、3D以及可能的4D自修復或自折疊類型的整體石墨烯基復合材料的構型結構。在此示例中，0D形式包括粒子、球體和花朵；一維形式包括金屬絲、卷軸和纖維；2D形式包括片材、薄膜和織物；3D形式包括氣凝膠、框架和陣列；4D形式包括自我修復和自我折疊類型。
相關研究成果于2020年由哈爾濱工業大學Bo Wang課題組，發表在Energy Storage Materials（doi.org/10.1016/j.ensm.2019.08.004）上。原文：Graphene-based composites for electrochemical energy storage。
