照片来源:德雷塞尔大学

现在是插入式充电器成为历史的时候了。科学家正在开发一种新的电极设计，可以在几秒钟而不是几小时内给电池充电。

研究人员表示，这不仅可以解决手机充电的痛苦，还可以解决阻碍电动汽车市场的主要问题之一。

在早期的研究中，研究人员使用超级电容器作为便携式电子设备的储能装置。超级电容器在大爆炸中释放能量，所以它们有惊人的潜力来推动这项技术。

超级电容器的问题在于，它们只能用于快速充电/放电循环，而不能用于长期储能。

现在，德雷克塞尔大学的一个研究小组使用一种叫做MXene的材料(即二维过渡金属碳化物)来结合超级电容器和传统电池的性能。

德雷克塞尔大学工程系首席研究员尤里·高格茨说:“这篇文章驳斥了人们普遍接受的观点，即化学电荷存储也叫超级电容器。化学电荷存储常用于电池中，而且总是比双层电容器的物理存储慢得多。”。

“我们进行实验，在几十毫秒内给极薄的MXene电极充电。MXene具有非常高的电子电导率。这为超高速储能设备的发展铺平了道路，这种设备可以在几秒钟内充放电。此外，它比传统超级电容器储存更多的能量。”

MXene是一种扁平的纳米材料，看起来像三明治:它是由上下两层都是氧化物的“面包”组成，中间填充有导电碳和金属。当它们被制作出来时，MXene就像薯片一样被层压。

尽管MXene具有良好的导电性，但它的薯片结构形成了一个屏障，使电荷的化学载体离子在电池中扩散。

对于储存电荷的电池，离子在称为“氧化还原活性位点”的端口进出。端口越多，电池储存的能量就越多。更重要的是，电池还必须允许离子自由移动，否则就无法到达端口。

为了使离子在MXene中自由移动，研究者们对其结构进行了一些研究。

资料来源:德雷塞尔大学

科学家已经改变了MXene的结构，将它与水凝胶结合，将薯片堆转变成更像瑞士奶酪的结构，允许离子自由流动。

“在传统电池和超级电容器中，离子在通向电荷储存端口的方向上有一条弯曲的路径，这不仅降低了所有的速度，而且导致几乎没有离子以快速充电的速度到达目的地，”团队成员之一的玛丽亚·卢卡奇卡亚(Maria Lukatskaya)说。

“理想的电极结构是，当离子向端口移动时，它就像穿过一条多车道的公路，而不是一条单行道。我们的大孔电极设计实现了这一目标，并在几秒钟或更短时间内实现了快速充电。”

值得一提的是，尽管这项研究看起来很有希望，但电池将如何用于汽车还不清楚。毫无疑问，这项研究最终会出现在汽车和手机上。它将彻底改变电池的使用方式。

“如果我们开始使用低尺寸和导电材料作为电池电极，我们可以使电池的工作速度比现在快得多。”Gogotsi说，“最终，对这一事实的了解将使我们的汽车、笔记本电脑和手机电池能够以更高的速度充电——在几秒或几分钟内，而不是几小时内。”

我们等不及要用这个电池了！

蝌蚪工作人员从科学警报编译，翻译土豆同学，转载必须授权。