作者：Jeremy Cook
向太阳能和风能等可再生能源过渡需要新的能源存储方法。云层可以遮蔽太阳好几天，太阳能在夜间完全无法使用，而风能则更加变化无常。储能可以帮助我们度过不可避免的发电缺口，并应对局部的用电高峰。
如今的锂离子电池性能惊人，但它们的充放电速度太快，使用寿命有限。此外，从地球上提取锂是一项复杂的工作，会对环境造成影响。目前，美国的锂产量不到全球产量的 1%，成为潜在的生产瓶颈。
超级电容器的充放电速度和频率远高于锂离子电池，目前已被用于增强现有的电池储能，以实现快速的能量输入和输出。石墨烯电池技术，或基于石墨烯的超级电容器，在某些应用中可能成为锂电池的替代品。
瞬时功率和长期能源供应
超级电容器的最大优势在于其高功率能力。缺点是总能量密度低。这些特性似乎并不一致，但请考虑一下这两个术语的定义：
功率 = 功/时间，用国际单位制单位焦耳/秒表示
能量密度 = 储存的能量/体积，用国际单位制单位焦耳/m^3 表示
虽然分子中的单位相同，但它们是两个不同的量。功率是在特定时间段内释放一定量能量的能力，而能量密度则是储存一定量能量的能力，与时间段无关。
两者的理想值都很高，但超级电容器通常具有较高的功率放电容量和较低的能量密度。因此，虽然超级电容器可以在瞬间产生巨大的能量，但它无法像同类锂离子电池那样长时间保持这种（或较低速率的）能量输出。当今的应用通常使用超级电容器来平衡大量的能量输入或消耗（如再生制动和快速加速），而长期的能量需求则由电池来处理。
目前的挑战是如何在提高超级电容器能量密度的同时，保持出色的瞬时功率容量。答案就是石墨烯这种神奇的材料。
石墨烯储能是未来的趋势吗？
超级电容器通常使用阳极和阴极层，阳极层由涂有活性炭的金属箔制成，阴极层由含有电解质溶液的半透膜隔开。这种碳/膜夹层被卷起或堆叠在电容器外壳中，使其能够通过电解质中的离子运动存储电荷。
在这种情况下，活性碳可以做得很薄，大约 1/10 毫米厚，但表面积很高：1 毫米的颗粒有几平方厘米的表面积。而石墨烯是由 1 个原子厚的二维分子组成的薄片，其比表面积与活性炭相似。它可以铺成极薄的一层，形成超高密度的导体排列。石墨烯是一种极佳的导体，这意味着热量损失极小，假设功率传输甚至比活性炭超级电容器更好。
问题在于如何大规模制造石墨烯电容器。不过，鉴于石墨烯的前景广阔，研究人员正在闭门研究如何实现这一目标。虽然石墨烯可能无法完全取代锂离子电池，但利用石墨烯改进超级电容器可以帮助这种电力存储设备变得更高能量密度和效率。
其他先进的存储方案......还是碳吗？
石墨烯并不是唯一一种正在开发的先进存储方案。与石墨烯的片状结构不同，碳纳米管是碳在长管状分子中的另一种排列方式。石墨烯球和弯曲/皱缩石墨烯是其他基于碳的能量存储可能性。
处理能量
虽然能够提供巨大的能量是件好事，但必须加以控制才能正确使用。碳化硅晶体管可以发挥这一作用。与此同时，还必须采用电流测量技术，以确保电力和能源的正确应用。
有趣的是，各种形式的碳与硅（以及两者的结合）的先进生产似乎是未来能源处理的浪潮。目前的困难在于如何将理论上和/或小规模上可行的想法转化为改善我们生活的日常产品。一旦这些技术得到完善并付诸实施，我们可以预见，未来的设备将更加节能，功能更加强大。
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