比石墨烯還快,未來手機充電可能只需幾秒鐘!

Deonfoong     2017-08-17     73     檢舉

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。MXene是美國德雷賽爾大學的研究成果,它是一種二維材料。與傳統電池不同,該材料為離子的運動提供了更多的通道,大幅提高了離子運動的速度。

新款鋰離子電池電極簡介

新款鋰電池的電極採用了一款名為MXene的二維材料,其導電性高。據研究團隊透露,未來新款鋰電池或許能實現電動車的「近即時」充電。

他們表示,新電極或將解決長久以來一直困擾電動車市場的一大技術難題。在早前的研究中,該團隊將目光放到了超級電容器(supercapacitors)上,該器件是可攜式電子產品的儲能設備。可惜的是,該器件僅能被用於快速充放電,無法長期儲能。

比石墨烯還快,未來手機充電可能只需幾秒鐘!

如今,德雷塞爾大學的工程學研究員們採用了MXene材料,結合了超級電容器與傳統大容量電池的優點和特性。首席研究員Yury Gogotsi表示,團隊的研究成果駁斥了普遍接受的業內教條(dogma)——相較於雙電層電容器(electrical double-layer capacitors)內所用的物理存儲器(physical storage),電池內化學物質的電荷存儲(chemical charge storage)的充電速率要慢得多。

比石墨烯還快,未來手機充電可能只需幾秒鐘!

Gogotsi在一份聲明中宣稱:「我們抽取了薄薄的一層MXene電極,用於演示充電速率,整個充電過程只需數十毫秒。這主要得益於MXene材質的超高導電性,為未來研發超快速儲能設備鋪平了道路,未來鋰電池的充放電耗時將僅需數秒,且所儲存的電能要遠高於常規的超級電容器。」

MXene材質簡介

MXene是一款扁平的納米材料,於2011年被德雷塞爾大學材料科學與工程系的研究人員所發現,其外觀酷似三明治,由氧化物與導電的碳及金屬填充物構成,而氧化物相當於三明治中的麵包,將填充物夾在中間。在材料製造過程中,研究人員將採用層壓法來製作MXene。不妨想像下桶裝品客薯片的樣子,該材質的各層材料就是如此堆疊而成。

比石墨烯還快,未來手機充電可能只需幾秒鐘!

MXene材質電極的弊端及改進

儘管MXene的導電性相當出色,但其結構不利於鋰離子在電池內的擴散。對於鋰電池的儲能而言,鋰離子留在氧化還原活性位置(redox active sites),這類位置的數量越多,電池保有的電量就越大。重要的是,電池還使鋰離子能夠自由移動,否則其無法到達氧化還原活性位置。

為使MXene的鋰離子能自由移動,研究人員對其結構進行了一定的調整。研究人員將MXene與水凝膠(hydrogel)相混合,改變了其結構,使鋰離子能自由移動。Yury Gogotsi表示:「理想的電極架構是多通道結構(multi-lane),以便鋰離子高速移動。研究團隊研發的大孔隙電極設計恰好實現了該目標,使充電過程短短數秒內完成。」

MXene電極的未來展望

該大學表示,該款電池材料的研發應用具有重要意義,其在很大程度上解決了目前電動車推廣受阻的一大技術難題。Gogotsi表示:「若未來該款低維導電材質電池電極得到採用,將大幅提升電池的充電效率及電量,進而將提升車輛、筆記本電腦、手機電池的充電速率,只需數秒或數分鐘就能完成,無需苦等數小時。」

Gogotsi表示,採用MXene作為電極材料的最大好處在於其導電性。但研究團隊也承認,該電極材料及相關技術看似頗具前景,但目前仍不確定試製成功並用於車輛後的實際情況,但他們表示,一旦應用到車輛及手機中,將徹底顛覆當前所用的電池。

來源:石墨烯資訊