分形設(shè)計(jì)大大提高電極容量

或可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能自供電設(shè)備

來(lái)源：Tech Xplore

編譯：遠(yuǎn)望智庫(kù)技術(shù)預(yù)警中心  諶 為

受到美洲蕨的啟發(fā)，墨爾本皇家理工大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種新的電極，這種電極能夠?qū)F(xiàn)有存儲(chǔ)技術(shù)的容量提升30倍。

這種石墨烯原型電池也為發(fā)展柔性薄膜太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)一體化電池提供了一條道路，讓我們離自充電智能手機(jī)、便攜式電腦、汽車和建筑更近了一步。

新電極被設(shè)計(jì)為與超級(jí)電容器一起工作，超級(jí)電容器能夠比傳統(tǒng)電池更快的充放電。超級(jí)電容器已經(jīng)與太陽(yáng)能利用結(jié)合到了一起，但它們的廣泛應(yīng)用仍然受限于它們的容量。

墨爾本皇家理工大學(xué)教授Min Gu說(shuō)，新的設(shè)計(jì)靈感來(lái)至于大自然，如何以最有效的方式填充空間，大自然的答案是分形，一種復(fù)雜的自我重復(fù)模式。

墨爾本皇家理工大學(xué)人工智能納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Gu說(shuō)，西部swordfern的樹(shù)葉有密密麻麻的靜脈，使它們能夠有效地存儲(chǔ)能量和運(yùn)輸水分。

我們的電極就是基于這種分形設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)是自相似的，就像雪花一樣。我們就是采用了這種自然界高效的設(shè)計(jì)來(lái)在納米尺度提高太陽(yáng)能的存儲(chǔ)。

馬上可以采用的應(yīng)用是將電極與超級(jí)電容器相結(jié)合，如我們的實(shí)驗(yàn)所示，我們的原型可以從根本上提高他們的存儲(chǔ)容量，比目前的容量極限多30倍。

容量提升的超級(jí)電容器既可提供長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，又可提供快速的充放電速率，尤其是當(dāng)人們想在多云的天氣使用太陽(yáng)能的情況下，使它們成為太陽(yáng)能存儲(chǔ)理想的替代品。

通過(guò)與超級(jí)電容器相結(jié)合，分形激光還原石墨烯電極能夠更長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)電荷，同時(shí)電荷流失最少。這種分形設(shè)計(jì)反映了西部swordfern的靜脈的自相似構(gòu)型，這種植物原產(chǎn)于北美西部。

第一作者，博士研究生Litty Thekkekara說(shuō)，因?yàn)檫@種電池原型是基于柔性薄膜技術(shù)，具有廣泛的潛在應(yīng)用。

Thekkekara說(shuō)，最讓人興奮的應(yīng)用是將這種電極同太陽(yáng)能電池集成在一起，提供一種芯片，可以同時(shí)收集和存儲(chǔ)能量。

我們可以將這種電池與已有的太陽(yáng)能電池相結(jié)合，但已有的太陽(yáng)能電池過(guò)大。未來(lái)真正可行的方案是將這種電池與柔性薄膜太陽(yáng)能技術(shù)相結(jié)合，目前這種技術(shù)仍處在它的初級(jí)階段。

柔性薄膜太陽(yáng)能電池可以在你所能想到的任何地方派上用場(chǎng)，從構(gòu)建窗戶到汽車儀表盤，智能手機(jī)到智能手表。我們將不用再給手機(jī)充電和為混合動(dòng)力汽車建立充電站。

通過(guò)使用這種柔性電極，我們解決了存儲(chǔ)難題，同時(shí)可以看到這種電極可以同太陽(yáng)能電池一起工作而不影響其性能?，F(xiàn)在我們將重點(diǎn)關(guān)注柔性太陽(yáng)能電池，以便我們能夠構(gòu)建出依靠太陽(yáng)能的自供電電子器件。