能源部橡树岭国家实验室，德雷塞尔大学及其同事的研究人员发现了一种创新方法，可以提高称为MXenes的导电二维（2D）陶瓷的能量密度，这是潜在的储能材料。该研究的结果已在《自然能源》中进行了报道。

 

    如今的电池取决于大部分电极中存储的电荷，它们具有很高的能量存储能力。但是，缓慢的充电速度往往会限制其在电动汽车和消费电子产品中的应用。称为金属管浮子流量计可能是未来的储能支柱。这些金属管浮子流量计能够在其电极材料的表面存储电荷，以便快速充电和放电。然而，目前，金属管浮子流量计不具有电池的电荷存储容量或能量密度。

 

    Gogotsi与他的博士后研究员Xuehua Wang计划了这项研究。

    不同的端基，例如氟，氧或羟基，可以覆盖各种MXene的表面。这些基团特别是与金属管浮子流量计中存在的各种溶剂以及溶解的盐有力地相互作用。电极与金属管浮子流量计可以随后提高存储容量或提高充电速度。

 

 

 

 

    Vlcek在UT和ORNL的联合计算科学研究所进行研究

    这项研究是FIRST（流体界面反应，结构和运输）中心的一部分，该中心是一个由ORNL牵头并得到DOE科学办公室认可的能源前沿研究中心。FIRST研究研究了流体和固体界面之间的反应，以及在日常应用中传输能量的后果。

 

    德雷克塞尔大学的Ke Li用母体“ MAX”陶瓷开发了碳化钛MXene，该陶瓷包含钛（用“ M”指定），铝（“ A”）和碳（“ X”），并且研究人员通过蚀刻铝层，以形成五层MXene碳化钛单层。

 

    研究人员随后将MXenes浸入了分子性质和结构差异很大的不同溶剂的锂基金属管浮子流量计中。带有电荷的锂离子很容易在MXene层之间整合自身。

 

    通过透射电子显微镜揭示了材料在电化学实验前后的结构完整性，同时通过拉曼光谱和X射线光电子能谱表征了金属管浮子流量计和MXene表面之间MXene的组成和化学相互作用。

 

    电化学测量表明，借助于导电性较低的金属管浮子流量计可获得非常高的电容（存储的能量）。

 

    这是一种奇怪且违反直觉的观察，因为人们会期望一种经常使用的金属管浮子流量计，该金属管浮子流量计具有所有测试金属管浮子流量计的非常大电导率，从而提供非常佳性能。

 

    虽然原位 X射线衍射显示出在使用乙腈进行充电和放电时MXene中间层间距的收缩和膨胀，但是在使用碳酸亚丙酯溶剂时没有观察到中间层间距的变化。后一种溶剂导致相对较高的电容。此外，还预期在离子的进入和离开时不会膨胀的电极将经受更大数量的充电-放电循环。

 

    为了研究限制在MXene层中的金属管浮子流量计介质的动力学，研究小组转向中子散射，中子散射易受溶剂分子中存在的氢原子的影响。

 

    非常后，Vlcek进行了分子动力学模拟，结果表明MXene表面，金属管浮子流量计溶剂和锂离子之间的相互作用强烈依赖于溶剂分子的极性，分子形状和大小。对于基于碳酸亚丙酯的金属管浮子流量计，溶剂不会包围锂离子，因此会紧密堆积在MXene板之间。然而，在其他类型的金属管浮子流量计中，当锂离子携带溶剂分子进入电极时，它们会在充电时膨胀。人们认为，建模可能会指导即将来临的电极-金属管浮子流量计溶剂对的选择。

 

    该论文的标题为“溶剂对碳化钛MXene中电荷存储的影响。”