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?，F(xiàn)在，石墨烯的出現(xiàn)正在釋放其在能源領(lǐng)域應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(jì)新材料的研究熱點(diǎn)。石墨烯目前已被多個行業(yè)采用，其中最顯著的領(lǐng)域就是醫(yī)療保健和關(guān)鍵材料應(yīng)用。而且目前，石墨烯技術(shù)正在應(yīng)用于可再生能源。

世界上首個石墨烯太陽能農(nóng)場

根據(jù)英國《金融時報》2019年的一份報告，預(yù)計到2040年，煤炭、石油和天然氣仍將占據(jù)世界一次能源供應(yīng)的約85%，而如今這一比例為90%。這些數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了人們應(yīng)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(nèi)，由于太陽能領(lǐng)域的逐漸復(fù)蘇和成熟，全球可再生電力供應(yīng)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(guān)的一項重要舉措就是建立太陽能農(nóng)場。該項目的目標(biāo)是希臘克里特島創(chuàng)建了世界上第一個應(yīng)用石墨烯的太陽能農(nóng)場，由“石墨烯旗艦計劃”的合作伙伴羅馬大學(xué)牽頭完成，該校是一所位于意大利羅馬的公立研究型大學(xué)。目前這一項目主要探索了石墨烯太陽能電池的生產(chǎn)，這款太陽能電池可推動歐盟減少對化石燃料的依賴。

實(shí)際上，太陽能農(nóng)場項目在開發(fā)太陽能組件方面已經(jīng)取得了巨大的、可持續(xù)性的進(jìn)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(chǎn);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(jīng)通過這項技術(shù)實(shí)現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yù)見的是，功率轉(zhuǎn)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(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展將如何實(shí)現(xiàn)呢?根據(jù)電池創(chuàng)新聯(lián)盟(CBI)的數(shù)據(jù)，到2025年，全球?qū)﹄姵貎δ艿男枨髮⒋蟠笤黾?，石墨烯和其他一些相關(guān)材料將在應(yīng)對這一增長過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

考慮到這一點(diǎn)，“石墨烯旗艦計劃”的另一個能源先鋒項目——“大規(guī)模生產(chǎn)硅基石墨烯鋰離子電池技術(shù)”，旨在提高鋰離子電池的電極質(zhì)量。該項目促進(jìn)了將硅基石墨烯復(fù)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(yīng)用。

由于石墨烯的表面積大、導(dǎo)電率高、重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性高和機(jī)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(shí)際上，石墨烯在電池中的應(yīng)用，將大大改善在電動汽車、移動電話、筆記本電腦等電子產(chǎn)品中電池的壽命和充電時間，使用體驗(yàn)大大改善。

這些創(chuàng)新項目可以為最新研究和產(chǎn)品設(shè)計新領(lǐng)域打開大門。為此，硅基石墨烯鋰離子電池設(shè)計量產(chǎn)以及世界上首個應(yīng)用石墨烯的農(nóng)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(diǎn)目標(biāo)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(jīng)可以為未來儲能和能源轉(zhuǎn)化應(yīng)用創(chuàng)造發(fā)展機(jī)遇。石墨烯和其他相關(guān)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(shè)備和產(chǎn)品所需要的。

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