據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)德雷塞爾大學(xué)（DrexelUniversity）的材料科學(xué)與工程學(xué)專業(yè)的研究員們與法國(guó)、以色列研究人員共同設(shè)計(jì)了新款鋰電池電極，或許未來(lái)電動(dòng)車的充電耗時(shí)只需短短數(shù)秒。

新款鋰離子電池電極簡(jiǎn)介

新款鋰電池的電極采用了一款名為MXene的二維材料，其導(dǎo)電性高。據(jù)研究團(tuán)隊(duì)透露，未來(lái)新款鋰電池或許能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的“近即時(shí)（near-instant）”充電。

他們表示，新電極或?qū)⒔鉀Q長(zhǎng)久以來(lái)一直困擾電動(dòng)車市場(chǎng)的一大技術(shù)難題。在早前的研究中，該團(tuán)隊(duì)將目光放到了超級(jí)電容器（supercapacitors）上，該器件是便攜式電子產(chǎn)品的儲(chǔ)能設(shè)備。可惜的是，該器件僅能被用于快速充放電，無(wú)法長(zhǎng)期儲(chǔ)能。

如今，德雷塞爾大學(xué)的工程學(xué)研究員們采用了MXene材料，結(jié)合了超級(jí)電容器與傳統(tǒng)大容量電池的優(yōu)點(diǎn)和特性。

首席研究員YuryGogotsi表示，團(tuán)隊(duì)的研究成果駁斥了普遍接受的業(yè)內(nèi)教條（dogma）——相較于雙電層電容器（electricaldouble-layercapacitors）內(nèi)所用的物理存儲(chǔ)器（physicalstorage），電池內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的電荷存儲(chǔ)（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(gè)充電過(guò)程只需數(shù)十毫秒。這主要得益于MXene材質(zhì)的超高導(dǎo)電性，為未來(lái)研發(fā)超快速儲(chǔ)能設(shè)備鋪平了道路，未來(lái)鋰電池的充放電耗時(shí)將僅需數(shù)秒，且所儲(chǔ)存的電能要遠(yuǎn)高于常規(guī)的超級(jí)電容器。”

MXene材質(zhì)簡(jiǎn)介

MXene是一款扁平的納米材料，于2011年被德雷塞爾大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究人員所發(fā)現(xiàn)，其外觀酷似三明治，由氧化物與導(dǎo)電的碳及金屬填充物構(gòu)成，而氧化物相當(dāng)于三明治中的面包，將填充物夾在中間。在材料制造過(guò)程中，研究人員將采用層壓法來(lái)制作MXene。不妨想象下桶裝品客薯片的樣子，該材質(zhì)的各層材料就是如此堆疊而成的。

MXene材質(zhì)電極的弊端及改進(jìn)

盡管MXene的導(dǎo)電性相當(dāng)出色，但其結(jié)構(gòu)不利于鋰離子在電池內(nèi)的擴(kuò)散。對(duì)于鋰電池的儲(chǔ)能而言，鋰離子留在氧化還原活性位置（redoxactivesites），這類位置的數(shù)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(dòng)，否則其無(wú)法到達(dá)氧化還原活性位置。

為使MXene的鋰離子能自由移動(dòng)，研究人員對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的調(diào)整。研究人員將MXene與水凝膠（hydrogel）相混合，改變了其結(jié)構(gòu)，使鋰離子能自由移動(dòng)。

YuryGogotsi表示：“理想的電極架構(gòu)是多通道結(jié)構(gòu)（multi-lane），以便鋰離子高速移動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的大孔隙電極設(shè)計(jì)恰好實(shí)現(xiàn)了該目標(biāo)，使充電過(guò)程短短數(shù)秒內(nèi)完成。”

MXene電極的未來(lái)展望

該大學(xué)表示，該款電池材料的研發(fā)應(yīng)用具有重要意義，其在很大程度上解決了目前電動(dòng)車推廣受阻的一大技術(shù)難題。

Gogotsi表示：“若未來(lái)該款低維導(dǎo)電材質(zhì)電池電極得到采用，將大幅提升電池的充電效率及電量，進(jìn)而將提升車輛、筆記本電腦、手機(jī)電池的充電速率，只需數(shù)秒或數(shù)分鐘就能完成，無(wú)需苦等數(shù)小時(shí)。”

Gogotsi表示，采用MXene作為電極材料的最大好處在于其導(dǎo)電性。但研究團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)，該電極材料及相關(guān)技術(shù)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(shí)際情況，但他們表示，一旦應(yīng)用到車輛及手機(jī)中，將徹底顛覆當(dāng)前所用的電池。