科學家研製新型二維納米材料電極 可讓電池快速充放電

2020-11-30 cnBeta

超級電容能夠比傳統電池更快速地實現充放電，但其無法存儲大量電能。德雷塞爾大學 （Drexel University）的科學家團隊應用其開發的導電聚合物納米複合材料MXene（二維過渡金屬碳化物或碳氮化物），開發了一種全新電極材料，應用其製備的化學電池既擁有超級電容的高速充放電速度，也有傳統電池的高儲能容量特性，這種新型電極可以用於製造能夠在數秒內快速充電的電子設備。

等待設備充滿電的焦慮想必每個人都經歷過，導電聚合物納米複合材料MXene可以極大地改進電極電導率，高比表面積提高儲電性能，同時柔性的超級電容提供更長的充電次數和壽命。德雷塞爾團隊的領導者Yury Gogotsi教授表示「這篇論文駁斥了普遍被接受電池和準電容器的化學充電過程總是比超級電容（雙層電容）物理充電速度慢的固有觀念，我們展示了應用MXene材料的電極能夠在數十毫秒內快速充電。這清除了研發超速儲能設備的研發道路的障礙，它們能夠在數秒內快速充放電，而存儲的電能遠高於傳統的超級電容」

這種新型材料的結構決定了其優秀的特性，其化學通式可用Mn+1XnTz表示，其中M指過渡族金屬（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等），X指C或/和N，n一般為1-3，Tz指表面基團（如O2-、OH-、F-、NH3、NH4+等）。目前，MXenes主要通過HF酸或鹽酸和氟化物的混合溶液將MAX相中結合較弱的A位元素（如Al 原子）抽出而得到。它具有石墨烯高比表面積、高電導率的特點，又具備組分靈活可調，最小納米層厚可控等優勢，已在儲能、吸附、傳感器、導電填充劑等領域展現出巨大的潛力。

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