经过马特·普伦（Matt Pullen）2019年3月5日
一种创新的方法 - 能源部的研究人员发现橡树岭国家实验室德雷克塞尔大学及其同事可以增强被称为MXENES的导电二维（2D）陶瓷的能量密度，即势能存储材料。亚博网站下载该研究的结果已报道自然能量。
在此MXENE电极中，选择适当的电解质溶剂可以显着增加能量密度。这种扫描电子显微镜图像显示了仅5微米厚的胶片的精细特征，比人的头发窄10倍。（学分：德雷克塞尔大学；泰勒·马蒂斯的图像）
目前的电池取决于其大多数电极中存储的电荷，可提供高能量储存能力。但是，缓慢的充电速度倾向于限制其在电动汽车和消费电子中的应用。电化学电容器（称为超级电容器）可能是未来的能源存储中流台。这些超级电容器能够在电极材料表面存储电荷，以快速充电和放电。但是，目前，超级电容器没有电池的电荷存储能力或能量密度。
储能社区是保守的，所有超级电容器都使用相同的电解质溶剂。新电极材料（例如MXENES亚博网站下载）需要与其化学和性质相匹配的电解质溶剂。
Drexel大学首席研究员兼教授Yury Gogotsi
Gogotsi与他的博士后研究员Xuehang Wang计划了这项研究。
不同的末端基团，例如氟，氧或羟基物种，可以覆盖各种MXENES的表面。这些基团有强大的相互作用，尤其是与电解质中存在的溶剂以及溶解的盐相互作用。电极和电解质溶剂之间的良好匹配随后可以提高存储容量或提高充电速度。
我们的研究表明，通过选择电解质的适当溶剂，可以显着增加基于二维MXENE材料的超级电容器的能量密度亚博网站下载。通过简单地更改溶剂，我们可以加倍充电存储。
田纳西大学研究合着者Lukas Vlcek，研究合着者
VLCEK在UT和ORNL的计算科学联合研究所进行研究亚博老虎机网登录
这项研究是第一个（流体接口反应，结构和运输）中心的一部分，该中心是由ORNL领导的能源边界研究中心，并由DOE科学办公室认可。亚博老虎机网登录首先研究流体和固体界面之间的反应与日常应用中运输能量的后果。
Drexel大学的Ke Li开发了来自父母“ Max”陶瓷的钛金属MXENE，这是由钛（由“ M”指定），铝（“ A”）和Carbon（“ X”）的，研究人员通过蚀刻铝层以产生五层碳化钛的单层单层。
随后，研究人员将MXENES浸泡在锂基电解质中的不同溶剂中，具有不同的分子特性和结构。带有电荷的锂离子很容易在MXENE层之间整合。
通过透射亚博网站下载电子显微镜揭示了材料在电化学实验之前和之后的结构完整性，而电解质溶剂和MXENE表面之间MXENE的组成和化学相互作用的表征是拉曼光谱和X射线光电图谱。
电化学测量结果表明，借助于较小的导电电解质，获得了最高的电容（存储的能量量）。
这是一个奇怪且违反直觉的观察结果，因为人们会期待经常使用的基于所有测试电解质的最大电导率，以提供最优化的性能。
原地X射线衍射揭示了在使用乙腈时充电和排放时MXENE INTERAINEER间距的收缩和膨胀，在使用丙烯碳酸盐溶剂时，在使用层间间距中未观察到任何变化。后一种溶剂导致相对较高的电容。此外，在离子进入和退出时不会扩展的电极也预计会忍受更多的电荷分离循环。
为了研究MXENE层中限制电解质溶剂介质的动力学，团队转向中子散射，中子散射易受溶剂分子中存在的氢原子的影响。
最后，VLCEK进行了分子动力学模拟，该模拟表明MXENE表面，电解质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，分子形和大小。关于基于碳酸盐的电解质，溶剂不会围绕锂离子，因此紧密地包裹在Mxene片之间。然而，在其他类型的电解质中，当这些离子进入电极时，锂离子携带溶剂分子，从而在充电时膨胀。人们认为，建模可能可以指导迫在眉睫的电极 - 电解质溶剂夫妇的选择。
不同的溶剂产生了不同的限制环境，它们对电荷运输以及离子与MXENE电极的相互作用产生了深远的影响。MXENE电极的分层结构使这种各种结构和行为成为可能，通过轻松扩展和收缩层间空间，它可以响应充电，以适应比具有更刚性框架的电极更宽的溶剂。
田纳西大学研究合着者Lukas Vlcek，研究合着者
该论文的标题为“来自碳化钛MXENES的电荷存储的影响”。