MXene材料成为储能新兴领域可扩大储能容量提高充电速度

2020-03-06 15:34

2012年之后，有一种材料开始得到重视，那就是MXene材料。这是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片。这种材料可以广泛用于能源和光学等领域，也是储能科学家们感兴趣的一个新兴领域。

MXene材料的化学式为Mn＋1AXn，其中（n ＝ 1–3），M代表早期过渡金属，比如Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或者Mo；A通常代表第三主族和第四主族化学元素；X代表C或N元素。

近日，德国柏林亥姆霍兹中心（HZB）实验室的科学家们发现，MXene材料将极大地提高钛基“MXene”假电容的储能能力，能制造出充电速度更快的电池。

科学家们在BESSY同步加速器设备上研究了基于碳的MXene Ti3C2Tx材料，使用软X射线吸收光谱分析了材料在真空和水溶液中的样品。分析结果表明，在MXene层中插入尿素分子会使材料的电化学性能发生显著变化，可以增加材料56％的储能容量，原因是因尿素的存在所引起的表面化学变化。

虽然目前来看，对MXene材料的研究还处于早期阶段，但在储能领域，这种材料已经显示出作为“伪电容器”的潜力，即将锂离子电池的巨大储能能力与超级电容器的快速充放电时间相结合。

科学家表示，还可以通过X－PEEM（光电子显微技术）观察Ti3C2Tx MXene表面的钛原子的氧化状态。当尿素存在时，这种氧化态更高，有助于储存更多的能量。

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