圖片來自：RMIT University
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方法，以供日后使用，并且不會隨著時間推移而泄露能量。
為了達(dá)到這個目的，工程師將目光轉(zhuǎn)向了超級電容器——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，超級電容器因容量不夠，無法儲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)計來改善太陽能在納米水平上的儲存問題。”
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)隊將現(xiàn)有的超級電容器與根據(jù)分形結(jié)構(gòu)設(shè)計出的石墨烯電極相結(jié)合，實現(xiàn)了樣品的儲能容量超過當(dāng)前普通太陽能電池容量限制的30倍。
這表示，如果新電極成功實現(xiàn)，與超導(dǎo)體相連的太陽能電池的存儲容量將比目前高出3000倍的。
顧敏表示：“超級電容器儲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，也能使用這些超級電容器的理想替代品來儲存太陽能，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基于分形結(jié)構(gòu)設(shè)計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：“最激動人心的可能性在于，這種帶太陽能電池的電極提供了一個片上能量的收集和存儲的解決方案?！?/p>
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）來實現(xiàn)這一點，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)或混合動力車充電?！?/p>
“現(xiàn)在的重點在于太陽能的靈活性，所以我們將努力實現(xiàn)對太陽能完全自給自足的電子產(chǎn)品的愿景?！?/p>
該研究原型已發(fā)表在《科學(xué)報告》期刊上。
聯(lián)系客服
