随着能源危机的加剧和环境问题的日益突出，新能源的研究与应用变得愈发重要。在众多新能源技术中，锂离子电池和太阳能电池备受关注。它们分别代表了可移动能源存储和清洁电力生成的两个重要方向。本文将对锂离子电池和太阳能电池进行比较，并介绍一种有巨大潜在市场价值的石墨烯电池。为了增加文章的科普性和趣味性，在文章结尾处介绍了一种在家就可以制作太阳能塔的方法，家里有小朋友的读者可以尝试这种绿色科技的小手工。
图1 锂离子电池的应用
首先，让我们来了解一下锂离子电池。锂离子电池是一种充电式电池，它的工作原理是通过在充放电过程中锂离子在正负极材料之间的嵌入和脱嵌来实现电荷的传输从而来实现能量存储和释放。
锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命、充电速度快和自放电率低等优点广泛应用于移动设备、电动汽车等领域。但是，锂离子电池也存在安全性不高、资源有限和循环寿命有限的问题。
图2 太阳能电池的应用
而太阳能电池是将太阳能直接转化为电能的一种设备。它由一系列光伏电池组件构成，光伏电池的主要材料是半导体，常见的有硅、硒化铜铟镓等。当光线照射到光伏电池上时，光子将激发电子，产生电流。
太阳能电池具有可再生、清洁、无噪音和分布式发电等优点，被广泛应用于户外动力供应、太阳能发电站等领域，涵盖光伏发电站、家庭光伏系统及农村电力供应等需要大规模利用太阳能的应用领域。但是，太阳能电池也有缺点，容易受到天气条件的影响，阴天或夜晚无法产生电能；能量密度相对较低，需要大面积安装太阳能电池板才能满足大功率需求；制造成本较高，其中硅材料价格高昂。而更为环保的染料敏化和有机太阳能电池的效率，尚不及硅太阳能电池，依然有很长的路要走。
图3 石墨烯波浪状运动产生电流示意图
另外，有一种新型不用充电的石墨烯电池，其凭借石墨烯特有的二维结构吸收环境中的热量来发电，似乎连空调的功能都被兼容了。有研究者发现单层的石墨烯在室温下，会在热能的驱动下像波浪一样起伏运动的现象，类比潮汐发电的原理，并因此现象提出利用石墨烯的波浪状运动产生的能量转化为电能的实验。该实验是在石墨烯附近放置了一根带有电荷的金属探针，随着石墨烯反复地靠近和远离探针，导致探针内的电荷发生移动，从而产生交流电，传输给电路。
图4 太阳能塔制作方法步骤
剪开四角后，捏起其中一角，拉向正方形中心，并用胶水把角的顶端固定住，形成一个“口袋”。把其他三个角也以同样的方式拉过来粘住，注意要让四个口袋都朝着同一个方向（顺时针或逆时针），就像电风扇的扇叶一样；
下一步要制作太阳能塔的塔身。将黑色卡纸卷成筒状作为塔的主体结构。接着,把两本厚度相近的书放在同一平面上，相隔2厘米左右，然后把黑色圆筒立起来搭在两本书之间，便于空气能从底部间隙进入圆筒再向上流动；
将细长的卡纸带稍微弯成拱形，用胶水把它的两端粘在圆筒上方开口的内侧，使它看起来就像是个提手。接着将大头针插入风扇中央，再穿过拱形卡纸条的顶端，并用胶带将大头针固定在卡纸条上，让风扇处于圆筒开口的正上方；
5.风扇转动
把完成的太阳能塔放在阳光充足的窗边，让它接收阳光中的能量。在阳光的照射下，黑色圆筒快速升温，使筒内空气受热上升,带动风扇旋转。同时，筒外的冷空气从筒底流入筒内，继续被加热上升，风扇就能持续转动了；
太阳能塔的原理在于黑色物体会吸收大部分阳光，获取其中的热能，因此黑色圆筒能够有效地吸收热量并加热筒内的空气。空气受热膨胀后，密度变小，进而上升，带动风扇转动。在这个过程中，太阳能塔将阳光中的太阳能转化为了风扇转动的机械能。
检验检测中心 李拓
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