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导电黏土新材料可望实现超级电池?

导读: 美国卓克索大学的研究人员开发出一种特性类似黏土的新材料,可望让未来的超级电容与电池更容易制造、寿命更长、充电速度更快;这种被命名为 MXene 黏土的新材料是二维结构,由三层的钛与两层碳所组成,仅5个原子的厚度。

  OFweek电子工程网讯:美国卓克索大学(Drexel University)的研究人员开发出一种特性类似黏土的新材料,可望让未来的超级电容与电池更容易制造、寿命更长、充电速度更快;这种被命名为 MXene 黏土的新材料是二维结构,由三层的钛(titanium)与两层碳所组成,仅5个原子的厚度。

  该开发团队是由卓克索大学材料科学与工程系特约教授Michel Barsoum所率领,他与他的研究人员是在美国能源部的赞助下,采用一种以钛为基础、名为MAX phase的基层陶瓷材料来做超级电容的电极,并因此发现了MXene黏土这种材料

  Barsoum表示,他团队中的博士生Michael Ghidiu为了从MAX phase去除铝而采用化学蚀刻制程,想将该制程一般会使用的、有毒又不好处理的氢氟酸(hydrofluoric acid)换掉;后来Ghidiu以氟化盐(fluoride salt)与盐酸(hydrochloric acid)做为替代,后者无毒性而且比氢氟酸安全。

  经过以上制程的MAX phase材料分解成一堆黑色的颗粒,Ghidiu用水清洗却发现材料变成像黏土一样,而且有些东西以前并不存在。“我们一开始只是要换掉氢氟酸,结果产生某种像是黏土的东西;”Barsoum表示:“现在我们意外开发出这种新材料,它很便宜、能卷起来、能铸模、能做成任何你想要的样子。”

导电黏土新材料可望实现超级电池?

  卓克索大学开发出一种名为MXene 黏土的新材料,具备高导电性、还能卷成任何厚度

  当研究人员利用该种新材料做为超级电容的电极,结果其能源储存量“令人瞠目”;Barsoum 表示,每一立方公分的储存电量可以达到900法拉(farads),是目前市面上以碳材料为基础的、电荷储存量最佳之超级电容的两到三倍。

  Barsoum与他的团队已经将研究成果在《Nature》期刊发表,内容主要是MXene黏土在超级电容上的应用;该种材料也可以用作电池的电极,并具备在储存能量上优于市面上锂离子电池材料的潜力:“我们目前不会把该材料的应用局限在超级电容。”

  而虽然到目前为止,该材料做为锂电池电极的储存表现不如市售Sony的电池,该团队正在努力确认其部分电容性能结果优于商用锂电池。在制造上,MXene黏土也比现有电池材料具备更多优势,包括其廉价、无毒的特性;Barsoum表示,该材料在制作时用到最多的就是水,成本低、对环境也友善,是最大的优势所在。

责任编辑:eliane
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