2020-07-22 09:04:06 中国航空新闻网

由于传统能源的总量有限，人们对于更加清洁绿色的新能源替代品拥有巨大的需求。现在，石墨烯的出现正在释放其在能源领域应用的可能性，可以创造更加绿色、高效、可持续发展的未来。“石墨烯旗舰计划”创新副主管Francesco Bonaccorso在这里解释了其研究人员如何通过制定一系列举措，将石墨烯从实验室带入商业市场中。

自2004年被首次分离以来，石墨烯就成为了21世纪新材料的研究热点。石墨烯目前已被多个行业采用，其中最显著的领域就是医疗保健和关键材料应用。而且目前，石墨烯技术正在应用于可再生能源。

世界上首个石墨烯太阳能农场

根据英国《金融时报》2019年的一份报告，预计到2040年，煤炭、石油和天然气仍将占据世界一次能源供应的约85%，而如今这一比例为90%。这些数据强调了人们应减少对不可再生能源依赖的必要性。另一份报告同时也指出，在未来5年内，由于太阳能领域的逐渐复苏和成熟，全球可再生电力供应量可能会增长50%。

在“石墨烯旗舰计划”的先锋项目中，与可再生能源相关的一项重要举措就是建立太阳能农场。该项目的目标是希腊克里特岛创建了世界上第一个应用石墨烯的太阳能农场，由“石墨烯旗舰计划”的合作伙伴罗马大学牵头完成，该校是一所位于意大利罗马的公立研究型大学。目前这一项目主要探索了石墨烯太阳能电池的生产，这款太阳能电池可推动欧盟减少对化石燃料的依赖。

实际上，太阳能农场项目在开发太阳能组件方面已经取得了巨大的、可持续性的进步。这其中涉及到了大面积石墨烯钙钛矿太阳能电池的生产;由连接在一起的太阳能电池组装而成的单个光伏面板，旨在提高太阳能效率并降低太阳能成本。研究人员已经通过这项技术实现了功率转换效率，这一数字是一项了不起的成就。

下一步，研究人员致力于继续提高15.3%的功率转化效率，为将来开发基于石墨烯的钙钛矿型太阳能电池铺平道路。在与基于硅的太阳能电池串联配置中，可以预见的是，功率转换效率将超过目前的记录。

电池将创造未来更好的世界

减少对非可再生能源的依赖是一件重要的事情，但是储能领域的可持续发展将如何实现呢?根据电池创新联盟(CBI)的数据，到2025年，全球对电池储能的需求将大大增加，石墨烯和其他一些相关材料将在应对这一增长过程中发挥至关重要的作用。

考虑到这一点，“石墨烯旗舰计划”的另一个能源先锋项目——“大规模生产硅基石墨烯锂离子电池技术”，旨在提高锂离子电池的电极质量。该项目促进了将硅基石墨烯复合材料集成到锂离子电池中，用于高能量存储等大功率的应用。

由于石墨烯的表面积大、导电率高、重量轻、化学稳定性高和机械柔韧性好，可有效提高锂离子电池的容量、充电速率和稳定性。实际上，石墨烯在电池中的应用，将大大改善在电动汽车、移动电话、笔记本电脑等电子产品中电池的寿命和充电时间，使用体验大大改善。

这些创新项目可以为最新研究和产品设计新领域打开大门。为此，硅基石墨烯锂离子电池设计量产以及世界上首个应用石墨烯的农场，只是石墨烯旗舰计划正在致力于的以可持续发展为重点目标所布置的项目中几个。

虽然石墨烯对能源行业影响力还有待观察，不过它的旅程才刚刚开始，并且已经可以为未来储能和能源转化应用创造发展机遇。石墨烯和其他相关二维材料可能正是工程师们找到的传统材料的绿色可再生替代品，这些材料也是开发新一代能源设备和产品所需要的。