被“充電5分鐘，通話2小時”這一廣告語打動了無數(shù)智能手機用戶，因為手機的充電問題成為制約智能手機發(fā)展的一大障礙。如今，手機的充電功能因為電池材質(zhì)的問題再次升級，未來的充電速度可以以秒來計算。

據(jù)外媒報道，近日美國德雷克塞爾大學的研究人員使用MXene(一種二維材料)設計研發(fā)了一種新型電極，這種電極可以讓智能手機電池在幾秒鐘內(nèi)完成充電。

據(jù)了解，這種電極設計具備像電池一樣的能量存儲裝置，擁有超級電容一樣的存儲速度(超級電容器通常被用作電池的備用電源，或者為像閃光燈這樣的東西提供快速的能量)。

這些組件的理想設計是讓它們能夠快速充電并儲存更多的能量。為了儲存更多的能量，電池中的電極材料提供了儲存的端口。在電化學中，這些被稱為“氧化還原活性位點”的端口是在每一個離子被傳遞時都有電荷的地方。

如果電極材料有更多的端口，就意味著它可以儲存更多的能量，這就相當于一個水果有了更多的“果汁”。研究人員制作了一種水凝膠電極設計，它有更多的氧化還原活性位點，這使得它可以像電池一樣儲存大量的電荷。

這種容量，被稱為“容積性能”，而容積性能則是判斷任何能量存儲設備效用的一個重要指標。

為了使這些豐富的水凝膠電極端口對離子流量更具吸引力，研究人員包括來自德雷克塞爾大學的研究生SankalpKota，設計了具有開放的宏觀孔隙度的電極結構(這種電機結構開放了許多小的開口)，從而使這些在MXene材料中的每一個氧化還原活性位點都變得很容易。

“‘偽電容器’總是比在電子雙層電容中使用的物理存儲要慢得多，也被稱為超級電容。我們嘗試了在幾十毫秒內(nèi)對超薄mx烯電極進行充電。這為超快能量儲存設備的開發(fā)鋪平了道路，在幾秒鐘內(nèi)就能被充滿電，但儲存的能量要比傳統(tǒng)的超級電容器多得多。這一發(fā)現(xiàn)，徹底改變了人們的普遍觀點，即化學充電儲存在電池中應用。”德雷塞爾大學工程學院教授Gogotsi說。

“傳統(tǒng)的電池和超級電容器在離子電荷存儲口有一個曲折的彎道,這減慢了整個充電過程,但它創(chuàng)造了離子到達目的地的標準,理想的電極結構就像離子通過多管道、高速公路來移動到港口，而不是走單車道。我們的大孔電極設計實現(xiàn)了這一目標，它實現(xiàn)了真正意義上的快充，僅需耗時幾秒鐘甚至更短的時間。”德雷塞爾大學工程學院研究人員瑪麗亞Lukatskaya說。

目前這項研究的第一作者已將該技術成果發(fā)表在《自然》雜志上。