新型纳米材料MXene可让手机充电时间缩短为几秒钟

找地方，停下来，插电充电这个操作可能马上成为历史。一般来说，想给一台iPhone充满电至少需要2小时，不过新型纳米材料MXene的出现能让手机充电时间的单位从小时换成秒。科学家发明的新型纳米材料MXene，可以让充电的时间，从几个小时缩短为几秒钟。这项发明将不仅仅缩短手机的充电时间，也可以用于电动车。这将解决影响电动车发展的一大重要问题。

之前的研究证明了，超级电容器用作便携式电子设备的储能装置的应用性。超级电容器通过爆炸的形式释放能量，在为我们的技术提供动力的时候有着惊人的电势能。
问题是它们只能用于快速的充电/放电周期，而不是长期的储能过程。

最近，来自Drexel大学的一个研究小组使用了一种名为MXene的材料，将超级电容器的快速充电性能和传统电池的长期储能性能结合在一起。

Drexel大学工程系的学者暨这一小组的首席研究员Yury Gogotsi表示，他们的发现驳斥了被广泛接受的教条，也就是化学电荷存储（比如之前在电池使用的方式）总是比物理的电荷存储（也就是超级电容器）慢得多。

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MXene材料

“我们演示了在几十毫秒内，对薄的MXene电极的充电过程。MXene极高的导电性为超快能源存储设备的发展铺平了道路。他在几秒钟内就能进行充电和放电，但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：两层氧化物就像面包，中间填充导电碳和金属。当它们被制造出来时，MXene层可以像多层薯片一样叠加在一起。

虽然MXene具有良好的导电性，但这种堆叠的薯片结构制造了一个电离子屏障，防止电离子在电池中扩散。

电池想要储存电荷，其中必须 “氧化还原活性位点”来储存离子。这些位点越多，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，否则就无法到达这些位点。

为了允许离子在MXene中的自由运动，科学家改变了MXene的结构，将其与一种水凝胶结合在一起，将MXene的堆栈层次结构转变成更像奶酪的结构，有孔洞让离子自由流动。
“在传统的电池和超级电容器中，离子对电荷存储端口有一条弯曲的路径，这不仅会减慢所有反应的速度，同时使很少的离子以快速充电的速度到达氧化还原反应的目的地。”其中一个团队成员Maria Lukatskaya说。

“理想的电极结构是像离子能够通过多个通道移动到氧化还原反应位点而非单通道。我们的大孔电极设计达到了这个目标，使得在几秒钟或更短的时间内快速充电有可能发生。”

需要注意的是，虽然这项工作目前看起来前景良好，但尚不清楚电池将如何在车辆中使用。毫无疑问，这项研究最终会在汽车和手机上应用，它将彻底改变电池的使用方式。
Gogotsi说:“如果我们一开始就使用低维和电子导电材料作为电池电极，我们可以制作出更高效的电池。”最终，对这一导电结构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——从几个小时缩短到几分钟甚至几秒钟。这项研究已经发表在《自然能源》上。

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