由于傳統(tǒng)能源的總量有限，人們有關更加清潔綠色的新能源替代品擁有巨大的需求。今朝，石墨烯的出現(xiàn)正在釋放其在能源范疇使用的可能性，可以創(chuàng)造更加綠色、高效、可繼續(xù)發(fā)展的將來。石墨烯旗艦計劃創(chuàng)新副主管Francescobonaccorso在這里解釋了其研究人員要怎么樣通過制定一系列舉措，將石墨烯從試驗室?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，其中最顯著的范疇就是醫(yī)療保健和關鍵材料使用。而且目前，石墨烯技術正在使用于可再生能源。

世界上首個石墨烯太陽能農場

依據英國《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靠的必要性。另一份報告同時也指出，在將來5年內，由于太陽能范疇的逐漸復蘇和成熟，全球可再生電力供應量可能會上升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緊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)建了世界上第一個使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。目前這一項目緊要探索了石墨烯太陽能電池的加工，這款太陽能電池可推動歐盟減少對化石燃料的依靠。

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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、可繼續(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加工由連接在一起的太陽能電池包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績。

下一步，研究人員致力于持續(xù)提高15.3%的功率轉化效率，為未來開發(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)造將來更好的世界

減少對非可再生能源的依靠是一件緊要的事情，但是儲能范疇的可繼續(xù)發(fā)展將要怎么樣實現(xiàn)呢?依據電池創(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新增，石墨烯和其他一些相關材料將在應對這一上升過程中發(fā)揮至關緊要的用途。

考慮到這一點，石墨烯旗艦計劃的另一個能源先鋒項目mdashmdash大規(guī)模加工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。該項目促使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使用。

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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，石墨烯在電池中的使用，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范疇打開大門。為此，硅基石墨烯鋰離子電池設計量產以及世界上首個使用石墨烯的農場，只是石墨烯旗艦計劃正在致力于的以可繼續(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，并且已經可以為將來儲能和能源轉化使用創(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要的。