由于傳統能源的總量有限，人們關于更加清潔綠色的新能源替代品擁有巨大的需求。現在，石墨烯的出現正在釋放其在能源領域應用的可能性，可以創造更加綠色、高效、可持續發展的未來。“石墨烯旗艦計劃”創新副主管FrancescoBonaccorso在這里解釋了其研究人員如何通過制定一系列舉措，將石墨烯從實驗室帶入商業市場中。

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采用，其中最顯著的領域就是醫療保健和關鍵材料應用。而且目前，石墨烯技術正在應用于可再生能源。

世界上首個石墨烯太陽能農場

根據英國《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%。這些數據強調了人們應減少對不可再生能源依賴的必要性。另一份報告同時也指出，在未來5年內，由于太陽能領域的逐漸復蘇和成熟，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重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建了世界上第一個應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。目前這一項目重要探索了石墨烯太陽能電池的生產，這款太陽能電池可推動歐盟減少對化石燃料的依賴。

實際上，太陽能農場項目在開發太陽能組件方面已經取得了巨大的、可持續性的進步。這其中涉及到了大面積石墨烯鈣鈦礦太陽能電池的生產；由連接在一起的太陽能電池組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了功率轉換效率，這一數字是一項了不起的成就。

下一步，研究人員致力于繼續提高15.3%的功率轉化效率，為將來開發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。

電池將創造未來更好的世界

減少對非可再生能源的依賴是一件重要的事情，但是儲能領域的可持續發展將如何實現呢？根據電池創新聯盟（CBI）的數據，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揮至關重要的用途。

考慮到這一點，“石墨烯旗艦計劃”的另一個能源先鋒項目——“大規模生產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。該項目促進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應用。

由于石墨烯的表面積大、導電率高、重量輕、化學穩定性高和機械柔韌性好，可有效提高鋰離子電池的容量、充電速率和穩定性。實際上，石墨烯在電池中的應用，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。

這些創新項目可以為最新研究和產品設計新領域打開大門。為此，硅基石墨烯鋰離子電池設計量產以及世界上首個應用石墨烯的農場，只是石墨烯旗艦計劃正在致力于的以可持續發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，并且已經可以為未來儲能和能源轉化應用創造發展機遇。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材料的綠色可再生替代品，這些材料也是開發新一代能源設備和產品所要的。