6.1.12.1 燃料电池

燃料电池的种类繁多，但多是在室温下使用非反应性气体进行工作，换句话说，这些气体不会降解石墨烯，可用于研制燃料电池的电极。例如：碱性燃料电池有两个电极，正级用来氧化燃料如氢气等，负级则用来还原燃料如氧气等。这两个电极由一个浸透溶液[如质量分数为30%的氢氧化钾（KOH）溶液]的膜隔开。正极是有小孔的导体，因此氢气能渗进小孔，小孔同样也会浸满氢氧化钾等溶液。正极会产生三元反应，从氧化氢生成氢离子和电子。电子会通过外电路转移到负极。氢离子会进入电解液，靠近负极。在类负极的正极上，多孔电极让氧气渗进小孔中。在碱性条件下，电子通过外电路进入负极，氧气被还原。这一过程会产生氢氧离子（OH-）。这些氢氧离子与氢离子（H+）结合会产生水。这就是两个电极上的整个反应过程。这一过程存在的问题在于电解液不能渗出到电极的外侧，否则会造成电极短路。电极孔在允许电解液渗透的同时应防止其渗出电极。与此同时，气体延伸到气孔，从而进行氧化反应。

还原过程：这一电化学过程是由负载在电极上的电化学催化剂协助完成的（即电极上的孔负载电化学催化剂）。为了满足这些条件，要使电极孔具有疏水性，同时电极的疏水性不能阻碍电子转移过程。在这一过程中，石墨烯的作用非常重要。石墨烯不仅具有疏水性，而且还是良好的导体，允许气体穿透其表面。此外，石墨烯还可负载铂、镍等合适的催化剂。多层石墨烯在这样的电化学过程中的作用十分突出。目前，科学家们正在研究如何使燃料电池既能在碱性溶液又能在酸性溶液中运作。

6.1.12.2 太阳能电池(www.daowen.com)

同样在光伏电池中也需研制一种带隙为1.4eV（如果是在太阳辐射下使用的话）的半导体（N型和P型）。这种半导体应具有优良的导电性能，其费米能级也应形成良好的耗尽层区。由于石墨烯的带隙为零，其并不适合用于制造光伏太阳能电池，除非将带隙增至约1.4eV才能用于制造光伏太阳能电池。石墨烯由100%sp²碳组成，一些sp²碳能转化成sp³碳，因此石墨烯中sp³碳的数量能够得到控制。这是因为带隙为零的石墨烯拥有100%的sp²，而含有100%sp³的金刚石的带隙则为5.5eV。因此，如果能创造出适宜的环境，sp²碳的浓度就会降低，石墨烯就能拥有一定数量的sp³碳。这么一来，石墨烯的带隙就有可能达到期望值。莎伦等（Sharon et al.）的研究显示，这种转换具有可能性，并且带隙随着sp²碳和sp³碳比率的变化而变化。如果能使石墨烯发生此类转换，石墨烯就能应用于制造光伏太阳能电池。

如果石墨烯的功函数与制造肖特基电池的共轭半导体相符合，或与研制有机电池的染料HUMO值相匹配，那么在制造肖特基电池或有机电池中，石墨烯可用作金属。