Биотехнологии: накопитель энергии по типу папоротника

Хранение энергии было главным препятствием для широкого использования солнечной энергии, но в скором времени ситуация может измениться.

Новый электрод, разработанный двумя учеными в Королевском мельбурнском технологическом институте в Австралии, может стать ключевым моментом к значительно улучшенному хранению.

Их электрод, который основан на узорах папоротника, а именно многорядника защищённого, может увеличить емкость технологий для хранения энергии на ошеломляющие 3000 процентов.

Разработанный учеными электрод изготовлен из графена, и, согласно данным института, может открыть дверь для гибкой, тонкой технологии улавливания солнечных лучей и хранения энергии. Это позволило бы нам разместить тонкую пленку на смартфонах, автомобилях или зданиях, чтобы получать и хранить солнечную энергию.

Электрод предназначен для работы с суперконденсаторами, которые могут заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем обычные батареи. Суперконденсаторы объединили с солнечными батареями, но их более широкое использование в качестве хранилища энергии невозможно из-за их ограниченной емкости.

Профессор института Мин Гу (Min Gu) сказал, что новый дизайн привлек их внимание собственным гениальным решением природы, решая задачу наполнения пространства наиболее эффективным способом - через сложные самопересекающиеся структуры, известные как фракталы.

«Листья папоротника густо забиты жилами, что делает их чрезвычайно эффективными для хранения энергии и транспортировки воды вокруг растения», - сказал Гу, руководитель лаборатории искусственного интеллекта нанофтоники и заместитель вице-канцлера по исследованиям в области инноваций и предпринимательства в институте.

«Наш электрод основан на этих фрактальных формах, которые самовоспроизводятся, как миниатюрные структуры внутри снежинок, - и мы использовали этот естественный дизайн, чтобы улучшить хранение солнечной энергии на наноуровне.

Непосредственное применение заключается в объединении этого электрода с суперконденсаторами, и, как показали наши эксперименты, наш прототип может радикально увеличить свою емкость - в 30 раз больше, чем текущие пределы мощности.

Суперконденсаторы с увеличенной емкостью смогут предлагать, как долгосрочную надежность, так и быстрое энерговыделение - когда кто-то захочет использовать солнечную энергию в пасмурный день, например. Это делает их идеальной альтернативой для хранения солнечной энергии».

В сочетании с суперконденсаторами фрактальные электроды с уменьшенным содержанием графена могут удерживать накопленный заряд дольше при минимальной утечке.

Ведущий автор, исследователь Литти Теккекара (Litty Thekkekara), сказала, что прототип был основан на гибкой тонкопленочной технологии, поэтому его потенциальное применение «просто бесчисленно».

«Наиболее интересной возможностью является использование этого электрода с солнечным элементом, чтобы обеспечить общее решение по сбору и хранению энергии», - сказала Теккекара.

«Мы можем это сделать сейчас с существующими солнечными батареями, но они слишком громоздкие и жесткие. Настоящее будущее заключается в интеграции прототипа с гибкой тонкопленочной солнечной технологией, которая все еще находится в разработке.

Гибкая тонкопленочная солнечная батарея может использоваться практически везде, где вы можете себе представить, от создания окон до автомобильных панелей, смартфонов, умных часов. Нам больше не понадобятся батареи для зарядки наших телефонов или зарядных станций для наших гибридных автомобилей.

С помощью этого прототипа гибких электродов мы решили проблему хранения, а также показали, как они могут работать с солнечными батареями, не влияя на производительность. Теперь мы должны сосредоточиться на гибкой солнечной технологии, чтобы мы смогли работать над достижением нашего видения полностью автономной электроники с автономным питанием от солнечной энергии».