來自歐盟石墨烯旗艦計劃的第九工作組致力于開發(fā)創(chuàng)新型的實驗路線，使以石墨烯為基礎的材料未來可以應用于一些能量轉(zhuǎn)化和存儲設備上，例如光伏電池與燃料電池。

鈣鈦礦型光伏電池與染料敏化太陽能電池

加入石墨烯的鈣鈦礦型光伏電池是第九工作組的核心課題。這種太陽能電池含有一種具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，用于進行光捕獲。鈣鈦礦是指一類陶瓷化合物，結(jié)構(gòu)通式為ABX3。在鈣鈦礦型太陽能電池中，使用石墨烯或其他2D材料作為透明電極，來取代常用的氧化銦錫薄膜（ITO，indium tin oxide），在提高設備效率的同時大大降低了制造費用。除石墨烯之外，適合的2D材料還包括二硫化鉬、二硫化鎢和二硒化鎢。鈣鈦礦技術的另一優(yōu)點在于，它可以部分降低濕法工藝的費用。這項先進的技術也使得一些問題得以解決，例如長時間輻射下太陽能電池穩(wěn)定性的降低。

來自羅馬Tor Vergata大學的第九工作組科研人員Aldo di Carlo重新回到鈣鈦礦型光伏電池的制造全過程，嘗試把石墨烯及相關材料集成到電池的不同元件中。尋常的實驗方法卻獲得了超出期待的結(jié)果，研究人員觀察到，具備石墨烯功能化構(gòu)件的太陽能電池在性能上得到了明顯改善。

Di Carlo以及他的學院給大家展示了石墨烯和相關材料添加劑的作用，一方面，通過電池兩極更高的光載體運輸速率提高了光子轉(zhuǎn)化效率，另一方面，太陽能電池的穩(wěn)定性也得到了改善。另外，染料敏化太陽能電池中鉑修飾的對電極費用昂貴，基于此，研究人員闡述了使用石墨烯取代它的可能性。這將使太陽能電池的制造更加簡單、更加可持續(xù)。

鋰氧電池

劍橋大學的化學家近期向媒體高調(diào)宣布了在鋰氧電池發(fā)展領域中的一項突破性進展，發(fā)表在Science期刊的文章也闡述了石墨烯如何改善鋰氧電池的容量、能效以及穩(wěn)定。這種新型鋰氧電池的理論能量密度是目前廣泛應用在移動設備中的鋰離子電池能量密度的十幾倍。

與目前最先進的可再充電電池相比，鋰氧電池具有非常明顯的優(yōu)點。但在大功率應用中實現(xiàn)目前可行的具有選擇性的技術之前，鋰氧電池的發(fā)展仍頗具挑戰(zhàn)。劍橋的研究人員在鋰氧示范電池中使用了一種多孔的石墨烯電極，取代了常用的石墨電極。

劍橋大學研發(fā)的鋰氧電池與之前的無水鋰空氣電池在化學機制方面有很大的不同。因為加入了碘化鋰，鋰氧電池中化學反應明顯較低，而這些化學反應會使電池退化。所以劍橋大學研發(fā)的電池在多次充電和放電循環(huán)中展示了更好的穩(wěn)定性。研究者已經(jīng)將充電與放電的壓差降低到0.2伏特，而壓差越小，電池的能效越高。早前在鋰空氣電池上的嘗試只把壓差控制在0.5到1.0之間，然而0.2伏特更接近于鋰離子電池的壓差值，能效為93%。

項目組領頭人Clare Grey說：“我們得到的實驗成果無疑對這項技術是一個巨大的推動，雖然我們還未解決所有化學方面固有的問題，但我們的結(jié)果為實際中電池設備的向前發(fā)展指明了方向?！盙rey小組的鋰氧電池技術已經(jīng)取得了技術專利，而且將通過劍橋大學旗下的商務部門劍橋企業(yè)做進一步的推廣。

（工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術合作中心 徐媛/編譯）