美國(guó)德雷塞爾大學(xué)（DrexelUniversity）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)了一種新型鋰電池電極，或許有可能將手機(jī)、電動(dòng)車充電這件事情縮短至秒級(jí)。
新款鋰電池的電極采用了一款名為MXene的二維材料，導(dǎo)電性超高，單從汽車行業(yè)而言，新電極或?qū)⒔鉀Q長(zhǎng)久以來(lái)一直困擾電動(dòng)車的充電難題，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。
該項(xiàng)目研究員宣稱，他們?cè)谠囼?yàn)中抽取了薄薄的一層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。
MXene并不是一種新鮮的材料，它于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)，是一款扁平的納米材料，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。
在該材料制造過(guò)程中，研究人員采用層壓法來(lái)制作MXene。不妨想象下桶裝薯片的樣子，該材質(zhì)的各層材料就是如此堆疊而成的。
盡管MXene的導(dǎo)電性相當(dāng)出色，但其結(jié)構(gòu)依然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（redoxactivesites），這類位置的數(shù)量越多，電池保有的電量就越大，壽命就越長(zhǎng)。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)。
YuryGogotsi表示：“理想的電極架構(gòu)是多通道結(jié)構(gòu)（multi-lane），像多車道高速公路一樣，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。”
如果未來(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)。
雖然MXene要想量產(chǎn)并商業(yè)化還需要至少三年時(shí)間，但值得期待的是這種超導(dǎo)材料將會(huì)對(duì)當(dāng)前的充電技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響，也就是說(shuō)，“充電五分鐘”就不會(huì)再是一個(gè)值得炫耀的能力了。