记者从中国科学技术大学获悉，该校朱彦武课题组与法国Patrice Simon课题组合作，揭示石墨烯离子存储机制，研究成果日前发表在杂志《美国化学学会会刊》上。
电化学双层电容器又称超级电容器，通过电解液离子在高表面积电极表面的可逆吸脱附来储能。由于不涉及氧化还原反应等电荷转移动力学限制，超级电容器可以极高的充放电速率下运行，具有达百万次的良好循环能力，使得它们广泛应用于储能领域。
石墨烯理论上可具有550 F/g的比容量，作为超级电容器电极材料备受关注。然而目前石墨烯基材料的性能仍远远低于预期。一方面，石墨烯的量子电容已被证明在双电层电容的建立中起着关键作用；另一方面，界面电化学是决定超级电容器储能性能的关键因素，涉及到离子在电极孔道内的传输扩散、离子在碳表面的吸/脱附等过程。石墨烯-电解液界面动态电荷分离机制仍然未得到良好解决，阻碍了高性能二维或三维石墨烯电极的进一步发展。
科研人员研究发现，在石墨烯正极化区间，电荷储存受带正电的团簇类离子脱附主导；在负极化区间，石墨烯表面质量变化较小，显示表面离子重排效应。随着施加电势的增加，两种类型的界面响应主导着双电层的变化，导致双电层电容增加。
该研究为进一步理解石墨烯-电解液界面结构以及石墨烯双电层储能提供了基础。