新型纳米材料,让你的手机充电只需几秒钟
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发布时间：2022-04-23 13:10
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时间：2023-07-10 13:04
图片来源：Drexel University
是时候让插入充电器充电成为历史了，科学家们正在开发一种新的电极设计，可以用几秒钟而不是几个小时来给电池充电。
研究人员表示，这不仅能解决手机充电的痛苦，还能解决阻碍电动汽车市场的主要问题之一。
早前的研究中，研究人员已经将超级电容器用作便携式电子设备的储能装置。超级电容在大爆炸中释放能量，因此在为该技术提供动力时有着惊人的潜力。
而超级电容的问题在于，它们只能用于快速充电/放电周期，而不适用于长期的储能。
现在，来自德雷克塞尔大学的一个研究小组使用一种名为MXene（即二维过渡金属碳化物）的材料，将超级电容器和传统电池的性能结合在一起。
“本文驳斥了被广泛接受的教条，即化学电荷存储，它常用于电池中，总是比用于双层电容器的物理存储慢得多，也被称为超级电容器，”来自于德雷克塞尔大学工程系的首席研究员Yury·Gogotsi说道。
“我们进行了实验，在几十毫秒内对极薄的MXene电极充电。MXene具有非常高的电子导电性。这为超快能源存储设备的发展铺平了道路，在几秒钟内就能被充电和排放，除此之外，它比传统的超级电容器储存的能量要多得多。”
MXene是一种扁平的纳米材料，看起来像三明治：由氧化物作为上下层的“面包”组成，中间由导电碳和金属填充。当它们被制造出来的时，MXene就像薯片一样层叠。
虽然MXene具有良好的导电性，但其薯片式的结构制造了一个屏障，使离子，即电荷的化学载体，在电池中扩散。
对于储存电荷的电池来说，离子在被称为“氧化还原活性位点”的端口进出。端口越多，则电池能储存的能量就越多，更重要的是，电池也必须允许离子自由移动，否则就无法到达端口。
研究人员为了使离子能在MXene中的自由运动，对结构进行了一些研究。
图片来源：德雷克塞尔大学
科学家改变了MXene的结构，将其与一种水凝胶结合在一起，将薯片堆栈转变成更像瑞士奶酪的结构，让离子可以自由流动。
“在传统的电池和超级电容器中，离子在前往电荷存储端口的方向上有一条弯曲的路径，这不仅会减慢所有的速度，而且还会导致几乎没有离子能以快速充电的速度到达目的地，”团队中的其中一个成员Maria Lukatskaya说道。
“理想的电极结构是在离子在往端口移动时，就像是在通过多车道的高速公路，而不是单车道公路。我们的大孔电极设计达到了这个目标，实现了在几秒钟或更短的时间内快速充电。”
值得一提的是，虽然这项研究看起来很有前途，但目前还不清楚电池将如何在车辆中使用。毫无疑问的是，这项研究最终会在汽车和手机上出现，它将彻底改变电池的使用方式。
“如果我们开始使用低维和电子导电材料作为电池电极，我们可以使电池工作的速度比现在快得多。”Gogotsi表示，“最终，对这一事实的认识将会让我们的汽车、笔记本电脑和手机电池能够以更高的速度充电——在几秒钟或几分钟以内，而不是几个小时。”
我们简直等不及要用用这个电池了！
蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者 土豆同学，转载须授权
新型纳米材料,让你的手机充电只需几秒钟
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