充電幾秒鐘通話數小時 新型納米材料可讓手機速充

找地方，停下來，插電充電這個操作可能馬上成為歷史。一般來說，想給一台iPhone充滿電至少需要2小時，不過新型納米材料MXene的出現能讓手機充電時間的單位從小時換成秒。科學家發明的新型納米材料MXene，可以讓充電的時間，從幾個小時縮短為幾秒鐘。這項發明將不僅僅縮短手機的充電時間，也可以用於電動車。這將解決影響電動車發展的一大重要問題。

之前的研究證明了，超級電容器用作攜帶型電子設備的儲能裝置的應用性。超級電容器通過爆炸的形式釋放能量，在為我們的技術提供動力的時候有著驚人的電勢能。

問題是它們只能用於快速的充電/放電周期，而不是長期的儲能過程。

最近，來自Drexel大學的一個研究小組使用了一種名為MXene的材料，將超級電容器的快速充電性能和傳統電池的長期儲能性能結合在一起。

Drexel大學工程系的學者暨這一小組的首席研究員Yury Gogotsi表示，他們的發現駁斥了被廣泛接受的教條，也就是化學電荷存儲(比如之前在電池使用的方式)總是比物理的電荷存儲(也就是超級電容器)慢得多。

「我們演示了在幾十毫秒內，對薄的MXene電極的充電過程。MXene極高的導電性為超快能源存儲設備的發展鋪平了道路。他在幾秒鐘內就能進行充電和放電，但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：兩層氧化物就像麵包，中間填充導電碳和金屬。當它們被製造出來時，MXene層可以像多層薯片一樣疊加在一起。

雖然MXene具有良好的導電性，但這種堆疊的薯片結構製造了一個電離子屏障，防止電離子在電池中擴散。

電池想要儲存電荷，其中必須 「氧化還原活性位點」來儲存離子。這些位點越多，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，否則就無法到達這些位點。

為了允許離子在MXene中的自由運動，科學家改變了MXene的結構，將其與一種水凝膠結合在一起，將MXene的堆棧層次結構轉變成更像乳酪的結構，有孔洞讓離子自由流動。

「在傳統的電池和超級電容器中，離子對電荷存儲埠有一條彎曲的路徑，這不僅會減慢所有反應的速度，同時使很少的離子以快速充電的速度到達氧化還原反應的目的地。」其中一個團隊成員Maria Lukatskaya說。

「理想的電極結構是像離子能夠通過多個通道移動到氧化還原反應位點而非單通道。我們的大孔電極設計達到了這個目標，使得在幾秒鐘或更短的時間內快速充電有可能發生。」

需要注意的是，雖然這項工作目前看起來前景良好，但尚不清楚電池將如何在車輛中使用。毫無疑問，這項研究最終會在汽車和手機上應用，它將徹底改變電池的使用方式。

Gogotsi說:「如果我們一開始就使用低維和電子導電材料作為電池電極，我們可以製作出更高效的電池。」最終，對這一導電結構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——從幾個小時縮短到幾分鐘甚至幾秒鐘。這項研究已經發表在《自然能源》上。

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