改進電池的電極是一方面，另一方面是應用石墨烯巨大的比表面積。電池對比表面積非常敏感，比表面積越大，則化學反應速度和材料利用率就越高。表1給出了實驗室制備的石墨烯與石墨性質(zhì)的對比，在充放電電流為10mA時，天然石墨的比表面積一般都小于10m2/g，即使按20μF/cm2計算，也不超過2.0F/g。Gomibuchi等用球磨法對天然石墨進行加工，采用不同的保護氣氛和磨球得到了具有不同比表面積的球磨石墨樣品，然后用有機電解Et4NBF4測試了樣品的比容量。當比表面積分別為38、320m2/g時，比容量分別為0.3、7.6F/g。石墨烯的比表面積最大，為358m2/g，比容量為138.6F/g，石墨烯電極表現(xiàn)出良好的雙電層電容器性能。這都預示著單層的石墨烯結(jié)構(gòu)在電極材料領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前途。
石墨烯空氣電極的開發(fā)
日本產(chǎn)業(yè)綜合研究所以推動并實現(xiàn)下一代鋰電池的實用化為目標，通過采用電極材料納米級結(jié)構(gòu)期望實現(xiàn)輸出功率的大幅度提高，采用混合電解液，希望得到電動車用高比能量的鋰空氣電池的研究開發(fā)一直在持續(xù)著。但是，目前為止產(chǎn)業(yè)綜合研究所開發(fā)出的混合電解液的鋰空氣電池一直使用固定了催化劑的空氣電極，這種空氣電極是以高溫燒結(jié)制作出來的貴重金屬或貴重金屬氧化物等的超微顆粒催化劑為基礎(chǔ)，由具有高比表面積的碳材料用粘結(jié)劑粘結(jié)的混合催化劑層及疏水處理過的空氣擴散層組成，其制作工藝非常復雜，成本很高。
此次研究小組發(fā)現(xiàn)了石墨烯具有將空氣中的氧還原的催化效果，以此特征為出發(fā)點，以石墨烯作為空氣電極，金屬鋰為負極，使用混合電解液（有機電解液/固體電解質(zhì)/水溶性電解液）進行組合，開發(fā)出具有金屬鋰/有機電解液/固體電解質(zhì)/水溶性電解液/石墨烯空氣電極結(jié)構(gòu)的鋰空氣電池，如圖2（a）所示。石墨烯結(jié)構(gòu)的氧還原反應為：
O2+2H2O+4e－→4OH－
其示意如圖2（b）所示。
石墨烯空氣極的鋰空氣電池在0.5mA/cm2的電流密度下循環(huán)充放電特征曲線如圖2（c）所示。
