受蕨叶启发的基于石墨烯的电极原型可能是太阳能存储挑战的答案

2019-10-23 08:50:31

受美国蕨类植物的启发,研究人员开发了一种突破性的原型,可以解决仍将太阳能作为整体能源解决方案的存储挑战。澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的研究人员创造了这种新型电极,可以将现有可集成存储技术的容量提高3000%。

但是,基于石墨烯的原型也为柔性薄膜多合一太阳能捕获和存储的开发开辟了一条新途径,使我们离自供电智能手机,笔记本电脑,汽车和建筑物仅一步之遥。

新电极设计用于超级电容器,超级电容器的充电和放电功率比传统电池快得多。超级电容器已经与太阳能结合使用,但是由于其容量有限,限制了它们作为存储解决方案的广泛用途。

RMIT的Min Gu教授说,新设计借鉴了自然界自己的天才解决方案,以最有效的方式(通过称为“分形”的复杂的自我重复模式)填补空间的挑战。

人工智能纳米光子学实验室负责人,研究创新与创业副副校长顾说:“西部剑蕨的叶子上密密麻麻地塞满了脉,使它们非常有效地储存能量并在植物周围输送水。”在RMIT。

“我们的电极基于这些分形形状-它们是自我复制的,就像雪花中的微型结构-并且我们已经使用了这种自然有效的设计来改善纳米级的太阳能存储。

“目前的应用是将这种电极与超级电容器相结合,因为我们的实验表明我们的原型可以从根本上增加其存储容量,是当前容量极限的30倍。

“提高容量的超级电容器将提供长期的可靠性和快速爆发的能量释放-例如,当有人想要在阴天使用太阳能时-使其成为太阳能存储的理想选择。”

分形使能的激光还原石墨烯电极与超级电容器相结合,可以将存储的电荷保持更长的时间,而泄漏最少。分形设计反映了原产于北美西部的西部剑杆蕨Polystichum munitum的静脉的自重复形状。

首席研究员,博士研究员Litty Thekkekara说,由于原型基于柔性薄膜技术,因此其潜在的应用是无数的。

Thekkekara说:“最令人兴奋的可能性是将这种电极与太阳能电池一起使用,以提供整体的片上能量收集和存储解决方案。”

“我们现在可以使用现有的太阳能电池来做到这一点,但它们体积大且坚固。真正的未来在于将原型与柔性薄膜太阳能集成在一起-该技术仍处于起步阶段。

“柔性薄膜太阳能几乎可以用在任何您能想象的地方,从建筑窗户到汽车面板,智能手机到智能手表。我们将不再需要电池来为手机或混合动力汽车的充电站充电。

“通过这种柔性电极原型,我们解决了挑战的存储部分,并展示了它们如何在不影响性能的情况下与太阳能电池一起工作。现在的重点是柔性太阳能,因此我们可以朝着实现这一目标的方向努力。完全依靠太阳能的自供电电子产品的愿景。”

该研究结果于3月31日(星期五)发表在《科学报告》上。

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