美國(guó)賓州卓克索大學(xué)(Drexel University)的研究人員開發(fā)出一種采用2D過渡金屬碳化物(MXene)的新穎電池設(shè)計(jì)，其“第三維”(3D)只有幾個(gè)原子厚。以MXene打造電極的電池提供了在幾秒內(nèi)吸收完全充電的可能性，再也不必花費(fèi)幾小時(shí)充電了。

由Drexel University教授Yury Gogotsi帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在最近的《自然能源》(Nature Energy)發(fā)表其研究細(xì)節(jié)。

基于MXene的電極架構(gòu)提供了兩種非常重要的特性。

首先，當(dāng)電池充電時(shí)，帶電荷的離子注入其中，尋找儲(chǔ)存位置。由于MXene具有巨大孔隙或開口較多的特性，使得這一流程更快更容易，帶電荷的離子可以更快速地進(jìn)入其電極上的“埠”。當(dāng)電池處于供電而非接收電力時(shí)，這就是儲(chǔ)存電量作為備用之處。

據(jù)這篇研究論文的第一作者M(jìn)aria Lukatskaya介紹，“理想的電極架構(gòu)應(yīng)該是讓離子像行駛多線道的高速公路一樣流動(dòng)至‘埠’，而非經(jīng)由單行道。我們的巨大孔隙電極設(shè)計(jì)達(dá)到了這個(gè)目標(biāo)，因而能夠在幾秒內(nèi)或以更快的速度實(shí)現(xiàn)快速充電。”

第二個(gè)特性是，采用MXene，就能在指定的區(qū)域內(nèi)容納更多的埠或氧化還原點(diǎn)。其結(jié)果是基于MXene電極的電池可為特定的尺寸與重量?jī)?chǔ)存更多電荷。

如同在Inverse.com中的文章所說的，目前大多數(shù)的電池都使用化學(xué)能量?jī)?chǔ)存。而如同圖中所示，MXene可被描述為一種“微型瑞士奶酪”(microscopic Swiss cheese)，其上具有許多離子的儲(chǔ)存地點(diǎn)。因此，水凝膠的應(yīng)用導(dǎo)致更多這些氧化還原點(diǎn)的產(chǎn)生，提高了電池的儲(chǔ)存容量。

MXene得以將超級(jí)電容器的快速充電和放電特性以及電池的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)存容量結(jié)合起來。如同Yury Gogotsi所說的，“這篇研究論文反駁了廣泛的誤解：電池和偽電容器(pseudocapacitor)所用的化學(xué)電荷儲(chǔ)存比雙層電容器(即超級(jí)電容器)所用的實(shí)體儲(chǔ)存容量更低得多。”

正如Inverse文中引用特斯拉(Tesla)首席執(zhí)行官Elon Musk所說的：“現(xiàn)有的電池技術(shù)真的很糟糕！”電池技術(shù)一開始就存在許多錯(cuò)誤，而且有許多新的想法最后都無法擴(kuò)展，因而難以從實(shí)驗(yàn)室中走出來。由于電池技術(shù)是在許多領(lǐng)域?qū)で筮M(jìn)展之路的瓶頸，因此，我們都期待這項(xiàng)創(chuàng)新最終能克服障礙，實(shí)現(xiàn)高儲(chǔ)存容量和超快速充電的愿景。