新型石墨烯電極把太陽能存儲(chǔ)量翻了30倍
研究人員從植物世界汲取靈感，研發(fā)出了一種新電極，可以將目前的太陽能存儲(chǔ)量驚人地提高到原有的3000%。 該技術(shù)靈活多變，能夠直接連接到太陽能電池——這意味著我們終于朝自供電的手機(jī)和筆記本電腦進(jìn)了一步，這些設(shè)備可以直接吸收太陽能作為能量而且永不斷電�！ ⑻柲茏鳛殡娫葱枰鉀Q的主要問題在于尋找一種有效的存儲(chǔ)
研究人員從植物世界汲取靈感，研發(fā)出了一種新電極，可以將目前的太陽能存儲(chǔ)量驚人地提高到原有的3000%。
該技術(shù)靈活多變，能夠直接連接到太陽能電池——這意味著我們終于朝自供電的手機(jī)和筆記本電腦進(jìn)了一步，這些設(shè)備可以直接吸收太陽能作為能量而且永不斷電。
將太陽能作為電源需要解決的主要問題在于尋找一種有效的存儲(chǔ)方法，以供日后使用，并且不會(huì)隨著時(shí)間推移而泄露能量。
為了達(dá)到這個(gè)目的，工程師將目光轉(zhuǎn)向了超級(jí)電容器——一種可以快速充電并能爆發(fā)式釋放能量的技術(shù)。但目前為止，超級(jí)電容器因容量不夠，無法儲(chǔ)存足夠的能量來作為太陽能電池使用。
于是墨爾本皇家理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開始研究有機(jī)體的高密度能量填充方式。很快，他們就從北美一種常見的蕨類植物——西方劍蕨（學(xué)名：刺羽耳蕨）的葉脈分形結(jié)構(gòu)上受到了啟發(fā)。
“西方劍蕨的葉片上布滿了稠密的葉脈，這些紋路極大提高了植物的儲(chǔ)能及輸水效率，”研究者之一，納米工程師顧敏說道，“我們的電極就是基于這些能自我復(fù)制的葉脈分形結(jié)構(gòu)，它就像雪花里面的微型結(jié)構(gòu)一樣，我們利用這種自然有效的設(shè)計(jì)來改善太陽能在納米水平上的儲(chǔ)存問題�！�
下圖中的蕨類葉子表面被放大了400倍，可以清楚地看到研究人員在設(shè)計(jì)中使用了自我復(fù)制的模式：
圖片來自：RMIT University
為了制作高導(dǎo)電電極，研究人員使用激光對(duì)石墨烯進(jìn)行處理，這是一種多用途且導(dǎo)電性最強(qiáng)的單原子層納米材料。
顧敏的團(tuán)隊(duì)將現(xiàn)有的超級(jí)電容器與根據(jù)分形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的石墨烯電極相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了樣品的儲(chǔ)能容量超過當(dāng)前普通太陽能電池容量限制的30倍。
這表示，如果新電極成功實(shí)現(xiàn)，與超導(dǎo)體相連的太陽能電池的存儲(chǔ)容量將比目前高出3000倍的。
顧敏表示：“超級(jí)電容器儲(chǔ)能的提高將提供長期可靠且快速的能量釋放�！�
這樣即便是在陰天，也能使用這些超級(jí)電容器的理想替代品來儲(chǔ)存太陽能，有效地獲取可觀的電能。
到目前為止，這第一批電極只是一個(gè)基于分形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新方法的概念證明，但研究人員已經(jīng)開始關(guān)注潛在的可廣泛應(yīng)用的新技術(shù)。
研究的主要作者Litty Thekkekara表示：“最激動(dòng)人心的可能性在于，這種帶太陽能電池的電極提供了一個(gè)片上能量的收集和存儲(chǔ)的解決方案�！�
Thekkekara認(rèn)為，雖然可能可以使用現(xiàn)有的太陽能電池（即屋頂上最常見的那一種）來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但如果能將他們的新電極與薄膜太陽能電池相結(jié)合，便會(huì)事半功倍。薄膜太陽能電池被稱為“下一代”柔性光伏器件，幾乎所有地方都能使用。
“它的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，從窗戶到汽車面板，從智能手機(jī)到智能手表，”Thekkekara說道，“我們將再也不需要為手機(jī)或混合動(dòng)力車充電。”
“現(xiàn)在的重點(diǎn)在于太陽能的靈活性，所以我們將努力實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能完全自給自足的電子產(chǎn)品的愿景�！�
該研究原型已發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》期刊上。
作者： 來源：蝌蚪五線譜 責(zé)任編輯：wutongyufg
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