技術(shù)特征：

1.一種表面介導(dǎo)的鋰離子交換能量存儲裝置，其包括:

(a)包含陰極活性材料的陰極，所述陰極活性材料具有能夠在其上捕獲或存儲鋰的表面面積；

(b)包含陽極活性材料的陽極，所述陽極活性材料具有能夠在其上捕獲或存儲鋰的表面面積；

(c)設(shè)置在兩個電極之間的多孔分隔體；和

(d)與兩個電極物理接觸的含鋰的電解質(zhì)，其中所述陽極活性材料和/或所述陰極活性材料具有不小于100m²/g的比表面積，其與所述電解質(zhì)直接物理接觸，以由此接收鋰離子或者向此提供鋰離子，并且其中當該裝置處于充電狀態(tài)時，至少80％的鋰存儲在所述陽極活性材料的表面上，或者當該裝置處于放電狀態(tài)時，至少80％的鋰存儲在所述陰極活性材料的表面上；

其中陽極活性材料和陰極活性材料中的一種或兩種是官能化的或者不是官能化的，并且在該能量存儲裝置的第一次充電或者第一次放電循環(huán)之前，兩個電極中的至少一個其中包含鋰源，并且其中至少所述陽極活性材料由選自如下的材料構(gòu)成:

(A)選自軟碳或硬碳的多孔的無序碳材料，多孔的無序碳材料選自軟碳，硬碳，聚合碳或碳化樹脂，中間相碳，焦炭，碳化瀝青，炭黑，活性碳或部分石墨化碳；

(B)石墨烯材料，選自原生石墨烯、石墨烯氟化物、氫化石墨烯、氮化石墨烯、硼摻雜石墨烯、氮摻雜石墨烯、或者化學(xué)還原的石墨烯氧化物的單層片或多層板片；

(C)膨化石墨；

(D)中孔碳；

(E)碳納米管，選自單壁碳納米管或多壁碳納米管；

(F)碳納米纖維、金屬納米線、金屬氧化物納米線、或者導(dǎo)電聚合物納米纖維；

(G)含羰基的有機或者聚合的分子；

(H)含羰基、羧基或者胺基的官能化石墨烯；或者

(I)它們的組合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述多孔的無序碳材料選自聚合碳，碳化樹脂、中間相碳、焦炭、碳化瀝青、炭黑、活性碳或部分石墨化碳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中至少陽極活性材料不是官能化的材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述裝置具有至少0.6伏特的開路電壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中電解質(zhì)是包含第一數(shù)量的鋰離子的液體電解質(zhì)或凝膠電解質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中兩個電極中的至少一個上的活性材料包括與鋰離子可逆反應(yīng)的官能團。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量存儲裝置，其中用官能團對所述陽極活性材料和陰極活性材料進行官能化，所述官能團與鋰離子可逆反應(yīng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中當所述裝置操作時，所述陽極活性材料不插嵌鋰或脫嵌鋰。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量存儲裝置，其中所述裝置在從1.0伏特至4.5伏特的電壓范圍內(nèi)操作。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量存儲裝置，其中所述陽極與所述電解質(zhì)直接接觸并且具有不小于500m²/g的比表面積。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量存儲裝置，其中當該裝置處于充電狀態(tài)時，不超過20％的鋰存儲在所述陽極活性材料的本體中,或者當該裝置處于放電狀態(tài)時，不超過20％的鋰存儲在所述陰極活性材料的本體中。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的能量存儲裝置，其中該裝置的操作不涉及鋰的插嵌或脫嵌。

13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量存儲裝置，其中所述陽極活性材料是不含官能團的石墨烯材料。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中官能材料選自聚(2,5-二羥基-1,4-苯醌-3,6-亞甲基)，Li_xC₆O₆,Li₂(C₆H₂O₄),Li的對苯二酸鹽Li₂C₈H₄O₄，Li的反式-反式-粘康酸鹽Li₂C₆H₄O₄，3,4,9,10-苝四羧酸-二酐硫醚聚合物，3,4,9,10-苝四羧酸-二酐，1,4,5,8-萘-四羧酸-二酐,苯-1,2,4,5-四羧酸二酐，1,4,5,8-四羥基蒽醌,四羥基對苯醌，以及它們的組合，其中x＝1-3。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中官能材料選自聚(2,5-二羥基-1,4-苯醌-3,6-亞甲基)，Li_xC₆O₆,Li₂(C₆H₂O₄),Li的對苯二酸鹽Li₂C₈H₄O₄，Li的反式-反式-粘康酸鹽Li₂C₆H₄O₄，3,4,9,10-苝四羧酸-二酐硫醚聚合物，3,4,9,10-苝四羧酸-二酐，1,4,5,8-萘四羧酸-二酐,苯-1,2,4,5-四羧酸二酐，1,4,5,8-四羥基蒽醌,四羥基對苯醌，以及它們的組合，其中x＝1-3；并且該官能材料與納米結(jié)構(gòu)材料結(jié)合或由其支持，所述納米結(jié)構(gòu)材料選自納米石墨烯、碳納米管、無序碳、納米石墨、導(dǎo)電納米線、碳納米纖維、聚合物納米纖維。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的能量存儲裝置，其中所述納米結(jié)構(gòu)材料是金屬納米線。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述陽極活性材料是選自如下的非官能化石墨烯材料：原生石墨烯、石墨烯氟化物、氫化石墨烯、氮化石墨烯、硼摻雜石墨烯、氮摻雜石墨烯、或者化學(xué)或熱還原的石墨烯氧化物的單層片或多層板片。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述活性材料中的至少一種是單壁或多壁碳納米管。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述官能材料中的至少一種具有選自如下的官能團：-COOH,＝O,-NH₂,-OR,或者-COOR，或者它們的組合，其中R是烴基。

20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述無序碳材料由兩相形成，第一相為石墨晶體或石墨烯平面的堆疊體，以及第二相為非晶態(tài)碳,并且其中第一相分散于第二相內(nèi)或被第二相結(jié)合。

21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述陽極活性材料是非官能化的單壁或多壁碳納米管、氧化的碳納米管、氟化的碳納米管、氫化碳納米管、氮化的碳納米管、或摻雜的碳納米管。

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的能量存儲裝置，其中所述摻雜的碳納米管是硼摻雜的碳納米管或氮摻雜的碳納米管。

23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述電解質(zhì)包含摻雜鋰鹽的離子液體。

24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述裝置提供不低于300Wh/kg的能量密度和不低于5Kw/kg的功率密度，均基于總電極重量。

25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的能量存儲裝置，其中在電極處的捕獲或存儲包括與活性材料表面上的石墨烯實體相互作用。

26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的能量存儲裝置，其中所述電極是陽極。

27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量存儲裝置，其中所述裝置具有至少1.5伏特的開路電壓。

28.權(quán)利要求1的能量存儲裝置，其中所述陽極包含陽極活性材料，所述陽極活性材料與所述電解質(zhì)直接接觸并且具有不小于500m²/g的比表面積。

29.權(quán)利要求1的能量存儲裝置，其中所述陽極與所述電解質(zhì)直接接觸并且具有不小于1500m²/g的比表面積。

30.一種操作權(quán)利要求1所述的表面介導(dǎo)的鋰離子交換能量存儲裝置的方法，其中所述方法包括:

(A)提供表面介導(dǎo)的電池，其包含陽極、鋰源、多孔分隔體、具有初始量鋰離子的電解質(zhì)、以及陰極,其中陽極和陰極具有的材料均擁有與所述電解質(zhì)接觸的捕鋰表面；

(B)在所述裝置的第一次放電期間從所述鋰源向所述電解質(zhì)中釋放鋰離子；

(C)操作所述陰極以從所述電解質(zhì)中捕獲鋰離子并將所述捕獲的鋰存儲在陰極表面上；并且

(D)在隨后的充電或者放電操作期間在所述陽極的捕鋰表面和所述陰極的捕鋰表面之間交換一定量的鋰離子，所述量大于所述初始量，其中所述充電操作不涉及鋰插嵌。