鉅大LARGE | 點擊量：369次 | 2023年09月27日
美研發MXene鋰電池電極 電動汽車充電或僅需數秒
據外媒報道，美國德雷塞爾大學（DrexelUniversity）的材料科學和工程學專業的研究員們和法國、以色列研究人員共同設計了新款鋰電池電極，或許未來電動汽車的充電耗時只需短短數秒。
新款鋰電池電極簡介
新款鋰電池的電極采用了一款名為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汽車的近即時（near-instant）充電。
他們表示，新電極或將解決長久以來一直困擾電動汽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，該器件是便攜式電子產品的儲能設備。可惜的是，該器件僅能被用于快速充放電，無法長期儲能。
如今，德雷塞爾大學的工程學研究員們采用了MXene材料，結合了超級電容器和傳統大容量電池的優點和特性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
首席研究員YuryGogotsi表示，團隊的研究成果駁斥了普遍接受的業內教條（dogma）相較于雙電層電容器（electricaldouble-layercapacitors）內所用的物理存儲器（physicalstorage），電池內化學物質的電荷存儲（chemicalchargestorage）的充電速率要慢得多。
Gogotsi在一份聲明中宣稱：我們抽取了薄薄的一層MXene電極，用于演示充電速率，整個充電過程只需數十毫秒。這重要得益于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于常規的超級電容器。
MXene材質簡介
MXene是一款扁平的納米材料，于2011年被德雷塞爾大學材料科學和工程系的研究人員所發現，其外觀酷似三明治，由氧化物和導電的碳及金屬填充物構成，而氧化物相當于三明治中的面包，將填充物夾在中間。在材料制造過程中，研究人員將采用層壓法來制作MXene。不妨想象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的。
MXene材質電極的弊端及改進
盡管MXene的導電性相當出色，但其結構不利于鋰離子在電池內的擴散。關于鋰電池的儲能而言，鋰離子留在氧化還原活性位置（redoxactivesites），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和水凝膠（hydrogel）相混合，改變了其結構，使鋰離子能自由移動。
YuryGogotsi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汽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采用，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，采用MXene作為電極材料的最大好處在于其導電性。但研究團隊也承認，該電極材料及相關技術看似頗具前景，但目前仍不確定試制成功并用于車輛后的實際情況，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。
