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科学家研制新型二维纳米材料电极 可让电池快速充放电

  

        超级电容能够比传统电池更快速地实现充放电,但其无法存储大量电能。德雷塞尔大学(Drexel University)的科学家团队应用其开发的导电聚合物纳米复合材料MXene(二维过渡金属碳化物或碳氮化物),开发了一种全新电极材料,应用其制备的化学电池既拥有超级电容的高速充放电速度,也有传统电池的高储能容量特性,这种新型电极可以用于制造能够在数秒内快速充电的电子设备。

       等待设备充满电的焦虑想必每个人都经历过,导电聚合物纳米复合材料MXene可以极大地改进电极电导率,高比表面积提高储电性能,同时柔性的超级电容提供更长的充电次数和寿命。德雷塞尔团队的领导者Yury Gogotsi教授表示“这篇论文驳斥了普遍被接受电池和准电容器的化学充电过程总是比超级电容(双层电容)物理充电速度慢的固有观念,我们展示了应用MXene材料的电极能够在数十毫秒内快速充电。这清除了研发超速储能设备的研发道路的障碍,它们能够在数秒内快速充放电,而存储的电能远高于传统的超级电容”

       这种新型材料的结构决定了其优秀的特性,其化学通式可用Mn+1XnTz表示,其中M指过渡族金属(如TiZrHfVNbTaCrSc等),XC/Nn一般为1-3Tz指表面基团(如O2-OH-F-NH3NH4+等)。目前,MXenes主要通过HF酸或盐酸和氟化物的混合溶液将MAX相中结合较弱的A位元素(如Al 原子)抽出而得到。它具有石墨烯高比表面积、高电导率的特点,又具备组分灵活可调,最小纳米层厚可控等优势,已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。