新型石墨烯电极把太阳能存储量翻了30倍

照片来自:墨尔本皇家理工大学

受植物世界的启发，研究人员开发了一种新型电极，这种电极可以将当前太阳能存储容量大幅提高到原来的3000%。

这项技术非常灵活，可以直接连接到太阳能电池上——这意味着我们终于向自主手机和笔记本电脑迈出了一步，它们可以直接吸收太阳能，而且永远不会断电。

当太阳能被用作能源时，要解决的主要问题是找到一种有效的储存方法供将来使用，而不会随着时间的推移而泄漏能量。

为了实现这一目标，工程师们将注意力转向超级电容器，一种可以快速充电并在瞬间释放能量的技术。但到目前为止，由于容量不足，超级电容器无法储存足够的能量用作太阳能电池。

因此，皇家墨尔本理工学院的研究小组开始研究生物体的高密度能量填充方法。很快，他们受到了北美常见蕨类植物——西方剑蕨(学名:水蕨)的纹理分形结构的启发。

研究人员之一、纳米工程师顾敏说:“西方剑蕨的叶子覆盖着浓密的纹理，这大大提高了植物的能量储存和水分转移效率。”。“我们的电极基于这些自我复制的静脉分形结构，就像雪花中的微结构一样。我们利用这种自然而有效的设计来提高太阳能的纳米储存量。”

下图中的蕨叶表面放大了400倍，这清楚地表明研究人员在设计中使用了自我复制模式:

照片来自:墨尔本皇家理工大学

为了制造高导电性的电极，研究人员用激光处理石墨烯，这是一种多功能和最具导电性的单原子层纳米材料。

顾敏的团队将现有的超级电容器与根据分形结构设计的石墨烯电极相结合，发现样品的储能容量超过普通太阳能电池的电流限制30倍。

这意味着，如果新电极成功实现，连接到超导体的太阳能电池的存储容量将比现在的高3000倍。

“超级电容器储能的改进将提供长期可靠和快速的能量释放，”顾敏说。

这样，即使在阴天，这些超级电容器的理想替代品也可以用来储存太阳能，并有效地获得可观的电能。

迄今为止，第一批电极只是基于分形结构设计的新方法的概念性证明，但研究人员已开始关注可广泛应用的潜在新技术。

该研究的主要作者利特·泰克卡拉说:“最令人兴奋的可能性是，这种带有太阳能电池的电极为芯片上的能量收集和存储提供了解决方案。”

kkekara认为，尽管使用现有的太阳能电池(也就是屋顶上最常见的一种)来实现这一点是可能的，但是如果他们的新电极能够与薄膜太阳能电池结合，那么将会事半功倍。薄膜太阳能电池被称为“下一代”柔性光伏器件，几乎可以在任何地方使用。

“它有广泛的应用，从窗户到汽车面板，从智能手机到智能手表，”泰克卡拉说。"我们将不再需要给手机或混合动力车充电。"

“现在的重点是太阳能的灵活性，因此我们将努力实现我们的愿景，即完全自给自足的太阳能电子产品。”

这项研究的原型已经发表在《科学报告》杂志上。

蝌蚪工作人员从sciencealert编译，翻译狗Gege，转载必须授权。