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德雷克塞尔大学研究团队开发新型二维材料电池电极

2017-07-13 124浏览 标签: 电池

2017年7月10日,德雷克塞尔大学工程学院的研究人员通过开发新型电池电极,为实现快速充电的目标迈出了一大步。

德雷克塞尔大学工程学院材料科学与工程系杰出大学与巴赫教授Yury Gogotsi领导的团队利用高导电性二维材料MXene开发了新型电极,这种新型电极使得电池等储能器件与必要时用于提供能量的快速超级电容器一样快,其通常作为电池备份或提供快速的能量爆发,比如照相机的闪光灯。

Yury Gogotsi说:“我们的研究驳斥了被广泛接受的道理,在电池和赝电容器中的化学电荷存储比双电层电容器中的物理存储慢很多。我们论证了在几十毫秒时间内对薄MXene电极进行充电。这可以通过Mxene超高的电子传导性来实现,并为超快储能装置的开发铺平了道路,可以在几秒钟内完成充放电,但比常规超级电容器节省更多的能源。”

更快地对储能装置进行充电的关键在于电极设计,理想的电极设计将允许其快速充电并储存更多的能量。法国保罗·萨巴捷大学的研究人员开发了一种水凝胶电极设计,具有更多的氧化还原活性位点,可以使电池存储尽可能多的电量。

项目第一作者Maria Lukatskaya 表示:“在传统的电池和超级电容器中,离子具有朝向电荷存储端口的曲折路径,这使得只有一少部分离子以快速充电速率到达目的地。理想的电极结构使离子通过‘多车道’或者‘高速公路’移动到端口。我们的大孔电极设计实现了这一目标,这允许快速充电,仅需要几秒或更短的时间。”

使用MXene作为电极材料的总体优势是其导电性。允许电流快速流动的材料(如铝和铜)通常用于电缆中。MXenes就像金属一样具有导电性,所以不仅离子具有到多个存储端口的宽敞通路,而且可以快速移动。来自以色列Bar-Ilan大学的研究人员帮助德雷克塞尔的研究团队最大限度地提高了MXene电极中离子通道的数量。

Yury Gogotsi博士表示:“如果我们开始使用低维和电子导电材料作为电池电极,我们可以使电池运行的比现在快得多。最终,这项研究将导致我们能够以更高的速率给汽车、笔记本电脑和手机电池充电,仅花费数秒或数分钟的时间而不是数小时。”


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