垂直積層体内に配置された複数のグラフェンシートを含むグラフェンベース材料であって、上記垂直積層体内のグラフェンシートが、面内カーボン空孔により形成された、ランダム分散した欠陥ポアを含むことを特徴とするグラフェンベース材料。上記欠陥ポアの平均直径は、約1nm~約100nmの範囲にあることを特徴とする請求項1記載の材料。上記欠陥ポアの平均直径は、30nm以下であることを特徴とする請求項1記載の材料。平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率により評価される、上記グラフェンシート内の欠陥ポアの平均密度が、少なくとも3であることを特徴とする請求項1記載の材料。平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率により評価される、上記グラフェンシート内の欠陥ポアの平均密度が、少なくとも100であることを特徴とする請求項1記載の材料。上記グラフェンシートは、連続するグラファイト領域のネットワークを含む構造体の一部であり、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートの垂直積層体の結晶部分を含み、当該連続するグラファイト領域のネットワークが、aグラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、b上記垂直積層体の無秩序部分内においてグラフェンシートと接触する電気化学的活性材料と、を含む複合材料と一体化されていることを特徴とする請求項1記載の材料。上記電気化学的活性材料はシリコンであることを特徴とする請求項1記載の材料。上記シリコンは、上記垂直積層体の無秩序部分のグラフェンシート間に配置されたシリコンナノ粒子であることを特徴とする請求項7記載の材料。カソードと、アノードと、上記カソードと上記アノードとの間に配置された、リチウムイオンを含む非水系電解質と、を含むリチウムイオンバッテリーであって、上記アノードは、垂直積層体に配置された複数のグラフェンシートを含み、さらに、上記垂直積層体内のグラフェンシートは、面内カーボン空孔により形成された、ランダム分散した欠陥ポアを含むことを特徴とするリチウムイオンバッテリー。上記欠陥ポアの平均直径が約1nm~約100nmの範囲にあることを特徴とする請求項9記載のリチウムイオンバッテリー。平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率により評価される、上記グラフェンシート内の欠陥ポアの平均密度が、少なくとも3であることを特徴とする請求項9記載のリチウムイオンバッテリー。上記グラフェンシートは、連続するグラファイト領域のネットワークを含む構造体の一部であり、当該連続するグラファイト領域のネットワークはグラフェンシートの垂直積層体の結晶部分を含み、さらに、当該連続するグラファイト領域のネットワークが、aグラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、b上記垂直積層体の無秩序部分内においてグラフェンシートと接触する電気化学的活性材料と、を含む複合材料と一体化されていることを特徴とする請求項9記載のリチウムイオンバッテリー。上記電気化学的活性材料は、上記垂直積層体の無秩序部分のグラフェンシート間に配置されたナノ粒子を含むことを特徴とする請求項12記載のリチウムイオンバッテリー。上記ナノ粒子は、シリコンナノ粒子であることを特徴とする請求項13記載のリチウムイオンバッテリー。少なくとも8分間、少なくとも2kW/kgの電力密度を供給し、少なくとも300Wh/kgのエネルギー密度を供給しうることを特徴とする請求項12記載のリチウムイオンバッテリー。a酸化されたグラフェンシートにおいてカーボン空孔から形成された欠陥ポアを発生させるに十分高い酸濃度で、且つ、十分長い接触時間、剥離され酸化されたグラフェンシートの懸濁液に酸を接触させる工程と、b上記懸濁液から上記酸化されたグラフェンシートを取り出す工程と、c上記酸化されたグラフェンシートを還元して、分散した欠陥ポアのランダム分布を有するグラフェンシートの垂直積層体を形成する工程と、を有することを特徴とする電極材料を製造するための方法。上記欠陥ポアの平均直径が約1nm~約100nmの範囲にあることを特徴とする請求項16記載の方法。平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率により評価される、上記グラフェンシート内の欠陥ポアの平均密度が、少なくとも3であることを特徴とする請求項16記載の方法。電気化学的に活性なナノ粒子がグラフェンシート間に分布するように、当該電気化学的に活性なナノ粒子を有する懸濁液に、上記酸化されたグラフェンシートを混ぜ合わせる工程をさらに有し、上記酸化されたグラフェンシートが、上記懸濁液から取り出され還元されるとき、結果として得られる材料は、グラファイト領域のネットワークを含み、当該グラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体の結晶部分を含み、当該結晶部分は、グラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、当該垂直積層体の無秩序部分内のグラフェンシート間に分散した電気化学的活性材料のナノ粒子と、を含む複合材料と一体化され、上記グラフェンシートは、分散した欠陥ポアのランダム分布を有することを特徴とする請求項16記載の方法。上記ナノ粒子がシリコンナノ粒子であることを特徴とする請求項19記載の方法。生憎、高い充電/放電速度において、Liイオンバッテリー内のグラフェンベースアノードの理論上の蓄電能力は、非常に高いアスペクト比を有するすなわち、広く非常に薄いグラフェン構造体により抑制される。グラフェン積層体の内部にアクセスするためには、Liイオンは、当該グラフェン積層体の端部において当該構造体内へ侵入し、マイクロメートルのオーダーの距離を移動する必要がある。高出力では、電解質溶液と電極との間の高速Li交換が必要とされる場合に、グラフェン積層体の端部近くの領域でのみアクセスが可能である。グラフェンベースの材料、当該グラフェンベースの材料からなる電極、当該電極を組み込んだバッテリー、当該電極材料を作製するための方法を提供する。本発明の第1の要旨は、垂直積層体内に配置された複数のグラフェンシートを含むグラフェンベース材料であって、当該垂直積層体内のグラフェンシートは、面内カーボン空孔により形成された、ランダムに分布した欠陥ポアを含むことを特徴とするグラフェンベース材料を提供することである。当該グラフェンベース材料のいくつかの実施の形態において、当該グラフェンシートは、連続するグラファイト領域のネットワークを含む構造体の一部であり、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体の結晶部分を含む。これらの実施の形態において、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、aグラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、b上記垂直積層体の無秩序部分内においてグラフェンシートと接触するシリコンナノ粒子等の電気化学的活性材料と、からなる複合材料と一体化されている。本発明の第2の要旨は、カソードと、アノードと、上記カソードと上記アノードとの間に配置された、リチウム塩を含む非水系電解液と、を有し、上記アノードは、垂直積層体内に配置された複数のグラフェンシートを含み、さらに、上記垂直積層体内のグラフェンシートは、面内カーボン空孔により形成された、ランダムに分布した欠陥ポアを含むことを特徴とするリチウムイオンバッテリーを提供することである。当該リチウムイオンバッテリーのいくつかの実施の形態において、上記グラフェンシートは、連続するグラファイト領域のネットワークを含む構造体の一部であり、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体の結晶部分を含み、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、aグラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、b上記垂直積層体の無秩序部分内においてグラフェンシートと接触するシリコンナノ粒子等の電気化学的活性材料と、からなる複合材料と一体化されていることを特徴とする。本発明の第3の要旨は、電極材料を製造する方法であって、剥離され酸化されたグラフェンシートの懸濁液を、酸化されたグラフェンシート内に、カーボン空孔から構成された欠陥ポアを発生させるに十分な程高い酸濃度で、且つ、十分長い接触時間の間、酸と接触させる工程と、上記懸濁液から上記酸化されたグラフェンシートを取り出す工程と、上記酸化されたグラフェンシートを還元して、分散した欠陥ポアのランダム分布を有するグラフェンシートの垂直積層体を形成する工程と、を有する方法を提供することである。当該方法のいくつかの実施の形態は、また、電気化学的に活性なナノ粒子がグラフェンシート間に分布するように、当該ナノ粒子を含有する懸濁液に、上記酸化されたグラフェンシートを混ぜ合わせる工程を有する。当該方法のこれらの実施の形態において、上記酸化されたグラフェンシートが、上記懸濁液から取り出され還元されるとき、結果として得られる材料は、グラファイト領域のネットワークを含み、当該グラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体の結晶部分を含み、当該結晶部分は、グラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、当該垂直積層体の無秩序部分内のグラフェンシート間に分散した電気化学的活性材料のナノ粒子と、を含む複合材料と一体化され、上記グラフェンシートは、分散した欠陥ポアのランダム分布を有する。本発明の他の主要な特徴及び利点は、次の図面、詳細な説明、及び添付の特許請求の範囲を参照すれば、当業者にとって明らかとなるであろう。以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。当該図面において、同一の数字は、同一の部材を指し示す。本発明の第1の要旨は、グラフェンベース材料を提供することである。当該グラフェンベース材料は、高出力バッテリーアプリケーションにおいて蓄電材料として使用してもよい。当該蓄電材料には、グラフェンシートからなる垂直積層体が含まれ、他のグラフェンベース材料と比較してLiイオン輸送の抵抗が減少する。このように抵抗が減少することは、ランダム分布された構造欠陥をグラフェンシートに組み込むことにより達成される。当該構造欠陥は蓄電材料の内部にLiイオンを拡散させることを容易にする。Liイオン拡散を向上させることを利用する複合材料であって、機械的特性及び機械加工性を犠牲にすることなく、高出力性能及び高い蓄電キャパシティーを有する電極を提供することができる複合材料を提供するため、シリコン等の電気化学的活性材料を本構造に組み込んでもよい。図1Aは、本発明に係るグラフェンベース材料100のある実施の形態の概略断面図を示している。当該グラフェンベース材料は、垂直積層体104内に配置された複数のグラフェンシート102を含み、当該垂直積層体内のグラフェンシートは、面内カーボン空孔により形成された、ランダムに分布した欠陥ポア106を含むことを特徴とする。当該グラフェンベースの蓄電材料は、酸化されたグラフェンシートに欠陥ポアカーボン空孔を発生させるに十分な接触時間の間、剥離され酸化されたグラフェンシートの懸濁液に酸を接触させることにより作製することができる。当該プロセスは、超音波等の攪拌により助力してもよい。上記酸化されたグラフェンシートは、その後、上記懸濁液から取り出され、還元され、分散した欠陥ポアのランダム分布を有する、垂直に積層されたグラフェンシート配列を提供する。当該材料を製造する方法について、以下の実施例においてより詳細に説明されている。本材料のいくつかの実施の形態では、垂直積層体内のグラフェンシートは再構成され、結晶性グラファイトとなる。以下より詳細に説明する他の実施の形態において、垂直積層体におけるグラフェンシートは、無秩序なグラフェン領域と結晶性グラファイト領域とが混ざり合った混成物である。カーボン空孔は、最終の垂直積層体の形成前に各グラフェンシートに独立して形成されるため、結果として得られる欠陥ポアは、ランダムに分布しており、所定の一のグラフェンシート内において規則的には離間及び/又は配置されておらず、一の垂直積層体内において、各グラフェンシート毎に規則的に離間及び/又は垂直に配置されていない。そのため、ランダムに分布するポアは、積層されたグラフェン材料具体的には、グラファイトにパターン形成具体的には、リソグラフィーパターン形成されたホール、すなわち、グラフェンシート内のホールが、当該材料内において垂直に並ぶ真っ直ぐなチャンネルを形成するように配置されたものと容易に区別することができる。本材料のグラフェンシートにおける欠陥ポアの寸法及び密度は、少なくとも部分的に、接触させる酸の濃度及び接触時間に依存する。欠陥ポアの寸法及び密度は、材料毎にかなり異なる可能性がある。単なる例示ではあるが、材料のいくつかの実施の形態において、平均欠陥ポア直径は、約100nm以下である。例えば、平均欠陥ポア直径は、約1nm~約50nmの範囲にあってもよい。平均欠陥ポア直径が約50nm以下である態様、及び、平均欠陥ポア直径が約30nm以下である態様も含まれる。単に例示であるが、いくつかの実施の形態では、平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率により評価されるポアの密度は、少なくとも3である。これは、平均ポア直径に対する、近接するポア間の平均離間距離の比率が少なくとも10、少なくとも50、少なくとも100である態様を含む。そのため、いくつかの実施の形態において、当該比率は、約3~約100である。しかしながら、より大きな比率でも可能である。グラフェンベース材料が蓄電に利用される場合、電気化学的活性材料を構造体に組み込むことが好ましい。そのような1つの構造体を図1Bに示す。当該構造体は、連続するグラファイト領域のネットワークを含み、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシート102の垂直積層体の結晶部分110を含むそのような2つの部分のラフなアウトラインが点線で示されている。この連続するグラファイト領域のネットワークは、aグラフェンシート102からなる垂直積層体内の無秩序部分112そのような2つの部分のラフなアウトラインが点線で示されていると、b上記垂直積層体の無秩序部分内においてグラフェンシートと接触する電気化学的活性材料114と、からなる複合材料と一体化され、電気的に接続されている。図に示された態様において、上記電気化学的活性材料は、当該構造体の無秩序部分内に含まれるグラフェンシート間に分散したナノ粒子である。本開示のため、ナノ粒子なる用語は、約1000nm以下の平均粒径を有する粒子の集合体を意味し、約500nm以下、若しくは、約100nm以下の平均粒径を有する粒子の集合体を含む。グラフェンシートの無秩序部分に配置された電気化学的活性材料のロッド、キューブ、及び薄膜フィルムを含む、他の電気化学的活性材料を用いてもよい。分散した電気化学的活性材料を有し、結晶部分及び無秩序部分を含むグラフェンベース材料を作製する方法が、リーら、ケミカルコミュニケーション、2010、46、2025-2027において参照できる。その全開示は、本明細書において引用して援用する。グラフェンシートにランダムに分布した欠陥ポアを有する構造体を形成する方法の詳細な説明が以下の実施例に記載されている。簡潔に言えば、酸化されたグラフェンシートに欠陥ポアカーボン空孔を発生させるに十分な接触時間の間、剥離され酸化されたグラフェンシートの懸濁液に酸を接触させる。当該酸化されたグラフェンシートにシリコンナノ粒子等の電気化学的に活性な材料を混ぜ合わせ、当該グラフェンシート間に分散したナノ粒子を含む複合材料を作製する。当該複合材料を懸濁液から取り出し還元して、グラフェンシートのいくつかの部分が結晶グラファイト領域となる一方、他の部分が無秩序のままでありナノ粒子を含むようなグラフェンシートの垂直積層体を形成する。その結果物は、連続するグラファイト領域のネットワークを含む材料であり、当該連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体の結晶部分を含み、当該結晶部分は、上記グラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、上記無秩序部分のグラフェンシート間に分散した電気化学的活性材料のナノ粒子と、を含んでなる複合材料と一体化され、当該複合材料と電気的に導通する。当該グラファイトのネットワークは、連続するグラフェンシートが結晶部分と無秩序部分の両方に延在し一体構造を形成するため、’連続的’である。そのため、これらの構造体は、電気化学的に活性なナノ粒子が、グラファイトブレーク、グラファイトワーム、グラファイトプレートレット間においてポア内に配置された非連続的な構造体と区別することができる。本構造体は、バッテリー電極としての使用に適している。これは、これらは、高い導電性、及び、グラフェンシートの柔軟性によるグラファイト構造安定性という組み合わせた利点、並びに、電気化学的活性材料による高いLiイオン貯蔵キャパシティーを提供できるからである。グラフェンシートの垂直積層体の結晶部分は、導電性を有し、機械的強度を有し、剥離されたグラファイトから調製しやすい。それらは、Li貯蔵キャパシティーが制限され、カーボンベース材料と一致する。それらは、低コストの出発材料により作製され、調製プロセスは費用がかからず、容易に拡張可能であるため、高貯蔵キャパシティー材料のサポートとして適している。グラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分において、グラフェンシートの柔軟性により、バッテリーの充放電サイクルの間、当該材料が電気化学的活性材料の体積変化を調整することがより容易になる。グラフェンシートの非常に高い表面積により、電気化学的活性材料に無数のコンタクトポイントが与えられ、それにより、上記電気化学的活性材料がサイクルの間の形態的変化及び/又は凝集若しくは粉砕を受ける時でさえ、電気的コンタクトを維持することができ、それにより、バッテリー性能の低下キャパシティー減衰の主要な原因の1つが効果的に解消される。本構造体において使用される適切な電気化学的活性材料には、以下に限定される訳ではないが、Si、Sn若しくは他のモノメタル材料、バイメタル材料、若しくはマルチメタル材料若しくは酸化物材料若しくは硫化物材料若しくはそれらの混合物が含まれる。シリコンが上記電気化学的活性材料として選択される場合、シリコンの典型的な添加量は、約30質量~約80質量の範囲にある。例えば、いくつかの実施の形態では、当該構造は、約50質量~約70質量のシリコンを含む。これは、当該構造は、約55~約65質量のシリコンを含む態様を含む。本件グラフェンベースの材料を組み込んだLiイオンを提供する。当該バッテリーは、カソードと、アノードと、上記カソードと上記アノードとの間に配置された、リチウム塩を含む非水系電解質と、を含む。上記アノードは、上述のグラフェンベースの材料を含む。本件材料から作製された電極は、典型的には、50μm以下の厚さを有する。これは、15μm以下の厚さを有する電極の態様を含み、さらに、5μm以下の厚さを有する電極の態様を含む。電極として本件のグラファイトベース材料を組み込んだLiイオンバッテリーは、高いエネルギー密度及び高い電力密度の両方を提供する。例えば、バッテリー電極材料のいくつかの実施の形態は、少なくとも8分間、8A/gの電流において、約1000mAh/gの充電キャパシティーを供給し、若しくは、少なくとも3時間、1A/gの電流において、約3200mAh/gの充電キャパシティーを供給する。本実施例は、本発明のある実施の形態にしたがってグラフェンベースの材料を作製及び特徴付ける方法について説明する。材料及び方法:酸化されたグラフェンGO:GOは、コフチュクホバら、ケミカルマテリアル、11、7711999;及び、ハマーら、ジャーナルアメリカンケミカルソサイアティー、80、13391958に開示された修正ハマー法により、フレーク状のグラファイトアズベリーカーボン、230Uグレード、ハイカーボンナチュラルグラファイト99から合成した。濃縮されたH2SO4溶液20mL中においてグラファイト粉末2.0gを攪拌することにより、当該グラファイト粉末を予め酸化させた。当該濃縮されたH2SO4溶液中において、K2S2O81.0g及びP2O51.0gが80°Cで完全に溶解していた。オイルバスを使用して、ビーカー中において、当該混合物を4.5時間h80°Cに維持した。当該混合物を冷却し1LのDDI蒸留され脱イオン化された水で希釈した後、予め処理された製品をナイロン膜フィルター47mmの直径、0.2μmのポアサイズ、ミリポアで濾過し、濾過水のpHが中性になるまでフィルター上で上記予め処理された製品を洗浄した。光沢があるダークグレーの予め酸化されたグラファイトを一晩空気中で乾燥させた。その後、アイスバス内の三角フラスコにおいて、冷却されたH2SO475mLを攪拌することにより上記グラファイトを分散させた。ゆっくり攪拌しながらKMnO4を加え、反応混合物の温度を20°C未満に維持した。結果として得られる、厚くてダークグリーンのペーストを2時間35°Cで反応させ、その後、DDI水160mLを加えてダークブラウンの溶液を調製した。急速な温度上昇による混合物の吹きこぼれを、水添加による泡形成で防止するために、フラスコをアイスバス内で冷却した。そして、温度の正確なモニタリングをしながら50°C未満に維持される、一定分量に水を加えた。さらに2時間攪拌した後、ダークブラウンの溶液を蒸留水500mLで希釈し、H2O230、8.3mLをゆっくりと加えていった。混合物の色が淡い黄色に変わった。当該混合物を一晩放置した。上澄みを静かに移し、結果として得られる製品に対して繰り返し遠心分離を施し、溶液のpHが中性になるまでDDI水で洗浄したこの段階で上澄み液中のMn濃度は、原子吸光分光学法AASにより測定して0.1ppm未満であった。その後、得られた製品を希釈し保存のため水溶性分散液~0.5w/wを調製した。GOシートへの面内欠陥ポアの導入:上述の水溶性のGO懸濁液をDDI水で~0.1w/wまで希釈し、適当な量の70濃縮HNO3と混合した。当該混合物を1時間超音波洗浄器で超音波洗浄した。4つの異なる濃度のHNO3を試験した。これらの4つの異なる濃度のHNO3は、GO懸濁液/70HNO3の体積比率が1:5I、1:7.5II、1:10III及び1:12.5IVのものに相当する。その後、当該混合物を100mLの水中に注ぎ、2000rpmで遠心分離を施し、水で洗浄して酸を除去した。欠陥すなわち、カーボン空孔を含む、結果として得られたGO材料ペーパーと称するをdeGOと称し、得られた水溶性浄化懸濁液をアノディスクメンブレインフィルター直径47mm、ポアサイズ0.2μm、ファットマンにより濾過し、その後乾燥させ及びフィルターから剥ぎ取ることにより得られた。GOペーパーの還元:GOペーパー若しくはdeGOペーパーのサンプルをレーザーブレードで切断してより小さなリボンとし、熱還元のため石英管内にフィットさせる。GOペーパー若しくはdeGOペーパーを、1時間、700°Cで、アルゴンのフロー~90ml分-1若しくは10水素を含むアルゴンのフロー~100ml分-1全フローのいずれかで還元させた。還元され垂直に積層されたグラフェンシートの結果物をGもしくはdeGと称する。Si-グラフェンペーパー複合材料:Siナノ粒子水素終端化されている、~50nm、メリオラムナノテクノロジー、Ar中に保存されているを、アルゴングローブボックスから除去し、一晩空気にさらして上記表面上に親水性の酸化物層が存在することを確実なものとする。その後、超音波によりSiナノ粒子を1mLのDDI水に分散させ、均一な懸濁液を得た。上述のように、所望の量の水溶性GO若しくはdeG分散液をSiナノ粒子の懸濁液に加え、当該混合物をさらに2時間超音波を加え、真空濾過し、乾燥させ、熱還元した。結果物は、グラフェンシートの垂直積層体の結晶部分を含む連続するグラファイト領域のネットワークを含む材料であった。連続するグラファイト領域のネットワークは、グラフェンシートからなる垂直積層体内の無秩序部分と、垂直積層体の無秩序部分においてグラフェンシートと接触する電気化学的活性材料とを含む複合材料と一体化され、電気的に接続されている。構造上の特徴評価調製されたdeGOおよびdeGサンプルの形状及び厚さを、日立S4800II電界放射型走査電子顕微鏡FESEM及びJOEL2100F電界放射型透過電子顕微鏡FETEMを用いて調べた。Pd2とdeGOとのイオン交換を実行するため、適当な量のPdOAc2をDDI水中で溶解させ、数時間放置した。不溶物を除去した後、PdOAc2の上澄み液、若しくはさらに希釈した上澄み液を水溶性のdeGO分散液中とともに一晩攪拌した。イオン交換されたdeGOを日立HD2300AFESTEMのサンプルホルダーに入れ、エネルギー分散分光EDS検出器により200kVで操作した。deG及びSideGペーパーのX線回折XRDパターンをシンタグXDS2000回折計により集めた。40kVで、CuKα照射線λ=1.5418Åを用い、ステップサイズは0.01°であり、ステップ時間は0.5秒であった。deGO及びdeGペーパーのX線光電子分光法を、エレクトロンフラットガンに設けられたオミクロンESCAプローブを使用して実行した。励起源としてAlKα照射線1486.6eVを使用し、結合するエネルギー尺度を、外来のカーボンClsで概算した。熱重量分析TGA、メトラートレード、TGA/SDTA85°を実行し、SideG複合材料ペーパーを空気中において粉砕した。当該サンプルを100°Cまで加熱し、10分間100°Cに保持して揮発性物質及び吸収した水分を除去した。その後、空気を流通させ、温度を10°C/分の速度で800°Cまで上昇させた。Siの酸化を補正した後の重量損失を用いて炭素の含有量を概算した。むき出しのSiナノ粒子を用いた別のTGAを同じ条件で実行して、空気中でのSiナノ粒子の酸化によるSiG複合材料の重量増加を修正するためのデータを得た。ケイスレイ2400ソースメーターを使用し、電極間隔が1mmの4点プローブ技術を利用して、シート抵抗及び伝導率の測定を行った。電気化学的テスト:対電極としてLi金属を有する2電極式のコイン型電池を使用して、deGペーパーについて電気化学的測定を実行した。deG作用電極は典型的には0.2~0.3mgcm-2を有し、~5μmの厚さを有していた。セパレータとしてマイクロポーラスグラス-ファイバー膜ファットマンを使用し、Cu箔99.999、厚さ0.025mm、アルファエイサーを使用して、deGペーパーを外部電極に接続した。電解液は、1MのLiPF6を含むエチレンカーボネートEC/ジメチルカーボネートDMC1:1、v/vから構成されていた。アルゴン充填グローブボックス中でセルを組み立て、BT2000定電圧/定電流システムアービンインスツルメンツを用いて、様々な電流密度で、典型的にはLi/Li-に対して0.02~1.5Vの電圧範囲において定電流測定を行った。SideG複合材料ペーパーの電気化学的測定を、Li金属対電極と分離されたLi金属参照電極を有する3電極式スワージロックタイプセルを使用して実行した。薄いSideG複合材料電極は、~1mg/cm2を有し、厚さは5μmであった。厚いSideG複合材料電極は、~4mg/cm2を有し、厚さは20μmであった。これらを、スワージロックタイプセルにおいて、間にCu箔を有する若しくは有しないステンレス鋼プランジャー上に配置した。SideG複合材料電極の電気化学的サイクルを2つの異なる手順に従って、Li/Liに対して0.02~2Vの電圧範囲において、様々な電流密度で、若しくは、一定の定電流電圧CCCV法で実行した。CCCV法では、リチオ化の間、電圧が20mVに降下するまで、電流を1000mA/gに維持した。20mVに達した後、電流が100mA/gから50mA/gまで減少するまで電圧を一定に維持した。脱リチオ化の間、電流を1000mA/gに維持しつつ、電圧を1.5Vまで増加させた。当該ポイントにおいて、電流が50mA/gまで減少するまで、電圧を1.5Vに維持した。さらに、1000mA/g~8000mA/gの電流において、0.02~1.5Vのカットオフ電圧を用いて、SideGII複合材料電極に対して高速テストも実行した。Li金属対電極及び上述の電解液120μLを有する2電極式スワージロックタイプセルについて電気化学的インピーダンス分光法EIS測定を実行した。振幅10mVのAC電圧、及び、室温において1MHz~0.01Hzの周波数範囲のDCオープン回路電圧OCVを印加することにより、ソーラートロン1286電気化学的インターフェースが取り付けられたソーラートロン1260インピーダンスアナライザーを使用して、データを収集した。結果:構造上の特性評価:酸-超音波処理により、欠陥エッジサイトを修飾するカルボキレート基を有するカーボン空孔を形成した。Pdイオン等の重金属イオンとの静電相互作用によるカルボン酸塩を利用して酸-酸化処理の深度に対する欠陥発生の依存性を試験した。Pdイオンを電子ビームで還元することにより作製したPdナノ粒子は、電子顕微鏡で容易に観測可能である。図2A-Eは、GO及びdeGOの明視野TEM像を示している。deGOに対するPd粒子の密度は、酸処理の深度が増加するにしたがって増加した。サンプルIII及びIVについて、Pdナノ粒子のクラスターを容易に検出した。deGOIIIの高倍率イメージ図2Fにより、Pdクラスターがリング状に集まり、それらと一致し、ポア状欠陥の外周に位置していたことが示されている。観測可能なポアの多くは、直径が10~20nmであった。最も過酷に処理されたdeGOIVは、より高密度のより大きなポアを示した図2E。これらの観測は、X線光電子分光XPS測定と一致している。当該X線光電子分光XPS測定により、芳香族カーボンに対する酸素官能基のピーク面積が酸-酸化処理により増加したことが示されていた。大きなミクロンサイズの欠陥は、より厳しく処理されたサンプルにおいてはSEMにより検出することができた。deGOと対照的に、deGはPdイオンと結合するためのキャパシティーをほとんど有せず、電子顕微鏡による欠陥大きなポア以外の観測をより厳しいものにしている。観測されたより大きなポアは、サンプルI、II、III、IVそれぞれについて、おおまかに、<10nm、20nm、100nm、>100nmであった。65~70質量Siを含むSideGOペーパー及びSideGペーパーは両方とも柔軟であり、X線回折により、結晶グラファイトドメインと無秩序な領域の両方が存在することが確認された。SEMイメージにより、均一に分散したSiナノ粒子がグラフェンシート間に挟まれていることが明らかにされた図3A及びB。電気化学的特性:1A/gにおいて0.02~1.5V対Li/Li間でサイクルしたAr還元SideGIIペーパー~5μm厚は、5サイクル後、~3200mAh/gの理論値に近い可逆的キャパシティーを示した。その後、キャパシティー損失は、1サイクル当たり0.14であり、150サイクル後その理論上のキャパシティーの83を維持した。最初の不可逆容量損失は、固体電解質インターフェースSEIの形成、及び、グラフェン中における残留O及びH含有基とLiとの反応に起因する。8A/gで試験した場合、~1100mAh/gの不可逆容量が得られた。これは、150サイクルでは、1サイクルにつき~0.34まで低下した。当該特定の電流は、アクセス可能な貯蔵キャパシティーに基づくと~8Cのレートに相当し、理論キャパシティー理論Cレートと称するに基づくと~2.6Cに相当した。0.3~0.17V、0.1~0.05Vリチオ化、0.2~0.4V、及び、0.45~0.58V脱リチオ化でのアモルファスSiの相転移についての特性電圧プラトーは、そのような高いレートにおいてさえも区別可能に維持された。キャパシティー減衰capacityfadeは、0.1~0.55Vのより狭い範囲のサイクルにより減少し、体積変動、可能性として考えられる溶解による破壊的影響及び高電圧におけるSEIの再形成を最小化する。4A/g~1.3C理論値において、キャパシティー減衰は、1サイクル当たり~0.1であった。そして、150サイクル後、~600mAh/gの不可逆的キャパシティーが維持された。レートが第1段階において0.1から8mA/gへ増加しその後減少したとき、安定な貯蔵キャパシティー及び可逆性が観測された。SideGサンプルについて高い速度で高いキャパシティーを維持する能力は、Liイオン拡散が向上したことに起因していた。これは、電気化学的インピーダンス分光法により確認した。SideGのナイキストプロットにより、Si-Gと比較して、電荷移送抵抗及びウォーバーグ係数の両方において顕著な減少を示した。一方、コンスタントフェーズエレメントが徐々に増加した。これは、インターフェースがより大容量となることを意味している。SideG複合材料の高い充電/放電レートにおける超高充電キャパシティーは、それらが、ハイパワーバッテリーアプリケーションについて安定なアノードとして機能しうることを示す。SideGアノードが、同等の容量を有し3Vバッテリーを形成するカソードと結合可能であり、当該バッテリーにおける全活性蓄電材料が全重量の20を占めると想定される場合、当該バッテリーは、8分間に、2.4kW/kgの電力を供給し、330Wh/kgのエネルギーを供給できる。また、180分間では、300W/kgの電力を供給し、300Wh/kgのエネルギーを供給できる。これらの値は、8分については0.96MWの電力~1290hp、若しくは、180分については120kW~160hpを提供する400kg880lbエンジンと同等である。エネルギーとパワーキャパシティーとの前例のない組み合わせは、幅広い範囲の輸送システムの充電についての条件を満足しうる。SideG複合材料の欠陥サイズ及び密度は、キャパシティー及び速度能力に影響する。一方、Ar若しくはH2中での処理の影響は小さい。SideGIIは、高いレートに対して最も耐性を有していた。8A/gにおいて理論キャパシティーの34を維持した。改善されたイオン拡散係数による改善された速度性能は、誘導欠陥を有するグラフェンシートを再構築することにより形成されたグラファイトペーパーにより観測した。試験したベストサンプルは、2A/gの電流において180mAh/gのキャパシティーを示した。これは、優れたサイクル安定性を有していた。本明細書においては、例示的なる用語は、具体例、事例、若しくは実例を意味するために使用されている。本明細書において例示的と記載されている特徴若しくはデザインは、必ずしも、他の特徴若しくは他のデザインを超えて好ましい若しくは有利であると解釈されるべきものではない。さらに、当該開示の目的のため、特段の定めがない限り、a1つの若しくはan1つのは、1以上のとの意味を有する。さらに、及び若しくは又はを使用することは、特段の定めがない限り、及び/又はを含むことが意図されている。上述した本発明の実施の形態の記載は、例示及び説明のために示されている。包括的であると解釈すべきでなく、また、本発明を、開示されたものと完全に一致した形式に限定すると解釈すべきではない。上記教示に鑑みて、修正及びバリエーションが可能であり、若しくは、本発明に係る慣例から修正及びバリエーションを得てもよい。本発明の原則を説明するために、また、本発明の実際のアプリケーションとして、当業者が、様々な実施の形態の発明を、特定の使用に適した様々な修正とともに利用することができるようにするために、当該実施の形態は選択され記載されている。本発明の技術的範囲は、添付されたクレーム等により規定されることが意図されている。