石墨烯將為全球儲能領域帶來新的發(fā)展機遇

由于傳統(tǒng)能源的總量有限，人們對于更加清潔綠色的新能源替代品擁有巨大的需求。現(xiàn)在，石墨烯的出現(xiàn)正在釋放其在能源領域應用的可能性，可以創(chuàng)造更加綠色、高效、可持續(xù)發(fā)展的未來。“石墨烯旗艦計劃”創(chuàng)新副主管Francesco Bonaccorso在這里解釋了其研究人員如何通過制定一系列舉措，將石墨烯從實驗室?guī)肷虡I(yè)市場中。

自2004年被首次分離以來，石墨烯就成為了21世紀新材料的研究熱點。石墨烯目前已被多個行業(yè)采用，其中最顯著的領域就是醫(yī)療保健和關鍵材料應用。而且目前，石墨烯技術正在應用于可再生能源。

世界上首個石墨烯太陽能農場

根據英國《金融時報》2019年的一份報告，預計到2040年，煤炭、石油和天然氣仍將占據世界一次能源供應的約85%，而如今這一比例為90%。這些數(shù)據強調了人們應減少對不可再生能源依賴的必要性。另一份報告同時也指出，在未來5年內，由于太陽能領域的逐漸復蘇和成熟，全球可再生電力供應量可能會增長50%。

在“石墨烯旗艦計劃”的先鋒項目中，與可再生能源相關的一項重要舉措就是建立太陽能農場。該項目的目標是希臘克里特島創(chuàng)建了世界上第一個應用石墨烯的太陽能農場，由“石墨烯旗艦計劃”的合作伙伴羅馬大學牽頭完成，該校是一所位于意大利羅馬的公立研究型大學。目前這一項目主要探索了石墨烯太陽能電池的生產，這款太陽能電池可推動歐盟減少對化石燃料的依賴。

實際上，太陽能農場項目在開發(fā)太陽能組件方面已經取得了巨大的、可持續(xù)性的進步。這其中涉及到了大面積石墨烯鈣鈦礦太陽能電池的生產;由連接在一起的太陽能電池組裝而成的單個光伏面板，旨在提高太陽能效率并降低太陽能成本。研究人員已經通過這項技術實現(xiàn)了功率轉換效率，這一數(shù)字是一項了不起的成就。

下一步，研究人員致力于繼續(xù)提高15.3%的功率轉化效率，為將來開發(fā)基于石墨烯的鈣鈦礦型太陽能電池鋪平道路。在與基于硅的太陽能電池串聯(lián)配置中，可以預見的是，功率轉換效率將超過目前的記錄。

電池將創(chuàng)造未來更好的世界

減少對非可再生能源的依賴是一件重要的事情，但是儲能領域的可持續(xù)發(fā)展將如何實現(xiàn)呢?根據電池創(chuàng)新聯(lián)盟(CBI)的數(shù)據，到2025年，全球對電池儲能的需求將大大增加，石墨烯和其他一些相關材料將在應對這一增長過程中發(fā)揮至關重要的作用。

考慮到這一點，“石墨烯旗艦計劃”的另一個能源先鋒項目——“大規(guī)模生產硅基石墨烯鋰離子電池技術”，旨在提高鋰離子電池的電極質量。該項目促進了將硅基石墨烯復合材料集成到鋰離子電池中，用于高能量存儲等大功率的應用。

由于石墨烯的表面積大、導電率高、重量輕、化學穩(wěn)定性高和機械柔韌性好，可有效提高鋰離子電池的容量、充電速率和穩(wěn)定性。實際上，石墨烯在電池中的應用，將大大改善在電動汽車、移動電話、筆記本電腦等電子產品中電池的壽命和充電時間，使用體驗大大改善。

這些創(chuàng)新項目可以為最新研究和產品設計新領域打開大門。為此，硅基石墨烯鋰離子電池設計量產以及世界上首個應用石墨烯的農場，只是石墨烯旗艦計劃正在致力于的以可持續(xù)發(fā)展為重點目標所布置的項目中幾個。

雖然石墨烯對能源行業(yè)影響力還有待觀察，不過它的旅程才剛剛開始，并且已經可以為未來儲能和能源轉化應用創(chuàng)造發(fā)展機遇。石墨烯和其他相關二維材料可能正是工程師們找到的傳統(tǒng)材料的綠色可再生替代品，這些材料也是開發(fā)新一代能源設備和產品所需要的。