據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)德雷塞爾大學(xué)(Drexel University)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。

美研發(fā)MXene鋰電池電極 電動(dòng)車充電或僅需數(shù)秒

圖/蓋世汽車

據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)德雷塞爾大學(xué)(Drexel University)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Yury Gogotsi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(electrical double-layer capacitors)內(nèi)所用的物理存儲(chǔ)器(physical storage),電池內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的電荷存儲(chǔ)(chemical charge storage)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(redox active sites),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)。

Yury Gogotsi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。

[責(zé)任編輯:張倩]

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