新型石墨烯电极把太阳能存储量翻了30倍

研究人员从植物世界汲取灵感，研发出了一种新电极，可以将目前的太阳能存储量惊人地提高到原有的3000%。

该技术灵活多变，能够直接连接到太阳能电池——这意味着我们终于朝自供电的手机和笔记本电脑进了一步，这些设备可以直接吸收太阳能作为能量而且永不断电。

将太阳能作为电源需要解决的主要问题在于寻找一种有效的存储方法，以供日后使用，并且不会随着时间推移而泄露能量。

为了达到这个目的，工程师将目光转向了超级电容器——一种可以快速充电并能爆发式释放能量的技术。但目前为止，超级电容器因容量不够，无法储存足够的能量来作为太阳能电池使用。

于是墨尔本皇家理工大学的研究团队开始研究有机体的高密度能量填充方式。很快，他们就从北美一种常见的蕨类植物——西方剑蕨（学名：刺羽耳蕨）的叶脉分形结构上受到了启发。

“西方剑蕨的叶片上布满了稠密的叶脉，这些纹路极大提高了植物的储能及输水效率，”研究者之一，纳米工程师顾敏说道，“我们的电极就是基于这些能自我复制的叶脉分形结构，它就像雪花里面的微型结构一样，我们利用这种自然有效的设计来改善太阳能在纳米水平上的储存问题。”

下图中的蕨类叶子表面被放大了400倍，可以清楚地看到研究人员在设计中使用了自我复制的模式：

为了制作高导电电极，研究人员使用激光对石墨烯进行处理，这是一种多用途且导电性最强的单原子层纳米材料。

顾敏的团队将现有的超级电容器与根据分形结构设计出的石墨烯电极相结合，实现了样品的储能容量超过当前普通太阳能电池容量限制的30倍。

这表示，如果新电极成功实现，与超导体相连的太阳能电池的存储容量将比目前高出3000倍的。

顾敏表示：“超级电容器储能的提高将提供长期可靠且快速的能量释放。”

这样即便是在阴天，也能使用这些超级电容器的理想替代品来储存太阳能，有效地获取可观的电能。

到目前为止，这第一批电极只是一个基于分形结构设计的新方法的概念证明，但研究人员已经开始关注潜在的可广泛应用的新技术。

研究的主要作者LittyThekkekara表示：“最激动人心的可能性在于，这种带太阳能电池的电极提供了一个片上能量的收集和存储的解决方案。”

Thekkekara认为，虽然可能可以使用现有的太阳能电池（即屋顶上最常见的那一种）来实现这一点，但如果能将他们的新电极与薄膜太阳能电池相结合，便会事半功倍。薄膜太阳能电池被称为“下一代”柔性光伏器件，几乎所有地方都能使用。

“它的应用范围相当广泛，从窗户到汽车面板，从智能手机到智能手表，”Thekkekara说道，“我们将再也不需要为手机或混合动力车充电。”

“现在的重点在于太阳能的灵活性，所以我们将努力实现对太阳能完全自给自足的电子产品的愿景。”

该研究原型已发表在《科学报告》期刊上。