新型納米材料，讓你的手機充電只需幾秒鐘

圖片來源：Drexel University

是時候讓插入充電器充電成為歷史了，科學家們正在開發一種新的電極設計，可以用幾秒鐘而不是幾個小時來給電池充電。

研究人員表示，這不僅能解決手機充電的痛苦，還能解決阻礙電動汽車市場的主要問題之一。

早前的研究中，研究人員已經將超級電容器用作攜帶型電子設備的儲能裝置。超級電容在大爆炸中釋放能量，因此在為該技術提供動力時有著驚人的潛力。

而超級電容的問題在於，它們只能用於快速充電/放電周期，而不適用於長期的儲能。

現在，來自德雷克塞爾大學的一個研究小組使用一種名為MXene（即二維過渡金屬碳化物）的材料，將超級電容器和傳統電池的性能結合在一起。

「本文駁斥了被廣泛接受的教條，即化學電荷存儲，它常用於電池中，總是比用於雙層電容器的物理存儲慢得多，也被稱為超級電容器，」來自於德雷克塞爾大學工程系的首席研究員Yury·Gogotsi說道。

「我們進行了實驗，在幾十毫秒內對極薄的MXene電極充電。MXene具有非常高的電子導電性。這為超快能源存儲設備的發展鋪平了道路，在幾秒鐘內就能被充電和排放，除此之外，它比傳統的超級電容器儲存的能量要多得多。」

MXene是一種扁平的納米材料，看起來像三明治：由氧化物作為上下層的「麵包」組成，中間由導電碳和金屬填充。當它們被製造出來的時，MXene就像薯片一樣層疊。

雖然MXene具有良好的導電性，但其薯片式的結構製造了一個屏障，使離子，即電荷的化學載體，在電池中擴散。

對於儲存電荷的電池來說，離子在被稱為「氧化還原活性位點」的埠進出。埠越多，則電池能儲存的能量就越多，更重要的是，電池也必須允許離子自由移動，否則就無法到達埠。

研究人員為了使離子能在MXene中的自由運動，對結構進行了一些研究。

圖片來源：德雷克塞爾大學

科學家改變了MXene的結構，將其與一種水凝膠結合在一起，將薯片堆棧轉變成更像瑞士乳酪的結構，讓離子可以自由流動。

「在傳統的電池和超級電容器中，離子在前往電荷存儲埠的方向上有一條彎曲的路徑，這不僅會減慢所有的速度，而且還會導致幾乎沒有離子能以快速充電的速度到達目的地，」團隊中的其中一個成員Maria Lukatskaya說道。

「理想的電極結構是在離子在往埠移動時，就像是在通過多車道的高速公路，而不是單車道公路。我們的大孔電極設計達到了這個目標，實現了在幾秒鐘或更短的時間內快速充電。」

值得一提的是，雖然這項研究看起來很有前途，但目前還不清楚電池將如何在車輛中使用。毫無疑問的是，這項研究最終會在汽車和手機上出現，它將徹底改變電池的使用方式。

「如果我們開始使用低維和電子導電材料作為電池電極，我們可以使電池工作的速度比現在快得多。」Gogotsi表示，「最終，對這一事實的認識將會讓我們的汽車、筆記本電腦和手機電池能夠以更高的速度充電——在幾秒鐘或幾分鐘以內，而不是幾個小時。」

我們簡直等不及要用用這個電池了！

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 土豆同學，轉載須授權

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