中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室A05组近年来基于发展出的一种超弹性碳气凝胶的制备方法（Small, 15 (13): 1804779, 2019），合成出了一种自支撑还原氧化石墨烯卷，并将石墨烯卷网络与硫复合构建出了具有高容量和长循环锂硫电池（Chinese Physics B, 27 (6): 068101, 2018）。近日，该组博士生陈鹏辉在解思深院士和周维亚研究员的指导下，与该组王艳春高级工程师、博士生李少青、肖卓建博士、陈辉亮博士等人，在前期研究工作的基础上，进一步发展了石墨烯卷网络在电化学储能领域的应用。通过将离子与石墨烯片层进行静电吸附，并结合冰晶模板法和冷冻干燥技术，设计并制备出一种在三维互连石墨烯卷导电网络上原位生长MnO纳米颗粒的超高倍率自支撑储锂负极，并通过调控氧化石墨烯浓度实现了产物中石墨烯由一维卷状向二维片层状的转变。
电极的材料选择和巧妙的结构设计对于构建高性能的电化学储能器件起到至关重要的作用。三维导电网络对于均匀负载良好分散的活性纳米结构尤为重要，同时也能为纳米活性物质提供三维快速的电子和离子传输通道。一维石墨烯卷不仅继承了石墨烯的优异的电学性能，同时也具有一维材料的诸多性能，如表面积比大、载流子迁移率高、自聚集受限、机械强度高等特点。另外，与表面无缝的碳纳米管相比，石墨烯卷在端口和边缘处呈开口状，更有利于电解液的渗透和离子的迁移。同时石墨烯卷也是一种良好的自支撑电极框架，这种自支撑结构可以通过省去非电化学活性元件（包括电流收集体、导电剂和粘合剂）来提高储能器件的能量密度和功率密度。因此，利用石墨烯卷作为导电骨架原位负载过渡金属氧化物纳米颗粒，不仅能够避免纳米颗粒因团聚而导致的活性物质利用受限的问题，也为解决金属氧化物负极材料体系广泛存在的电子传输能力差以及因体积效应而导致的结构和界面稳定性欠佳等问题提供了有效可行的解决方案。
