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美國追蹤傳輸能量的離子 或可制成儲能能力更強(qiáng)的電池/超級電容器
時間:2020-10-09 09:00來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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圖片來源：橡樹嶺國家實驗室
據(jù)外媒報道，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory，ORNL）領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊研發(fā)了一種新型集成式方式，以跟蹤超薄材料中傳輸能量的離子，這種做法可以釋放離子存儲的能量，以實現(xiàn)充電速度更快、使用更持久的設(shè)備。
多年來，科學(xué)家們一直在研究一種稱為MXenes的2D材料。此種材料由多層結(jié)構(gòu)組成，厚度與多個原子相當(dāng)，科學(xué)家們一直在研究此種材料的儲能潛力。
ORNL領(lǐng)導(dǎo)的小組整合了實驗數(shù)據(jù)計算模型中得到的理論數(shù)據(jù)，以確定碳化鈦（MXene相）中各種帶電離子的可能位置。通過此種整體法，他們可以從單原子到設(shè)備等各種角度，跟蹤和分析離子的運(yùn)動和行為。
由于層與層之間的間隔允許帶電離子或離子自由且快速地移動，因此分層式材料可以提升儲能和傳遞能量的能力。然而，很難探測和表征離子，特別是在一個封閉的環(huán)境中，其中可能有多個過程在發(fā)揮作用。更好地了解此類過程才能夠提高鋰離子電池和超級電容器的儲能能力。
作為中心項目，該團(tuán)隊專注于研發(fā)超級電容器。超級電容器是一種能夠快速充電以滿足短期內(nèi)高功率能源需求的設(shè)備，相比之下，鋰離子電池的能量容量更大，提供電能的時間更長，但是放電速率更低，功率水平也更低。
MXenes卻能夠?qū)煞N設(shè)備的好處結(jié)合起來，這也是快速充電設(shè)備需要完成的首要目標(biāo)，即具有更大、更高效的儲能能力，對于電子產(chǎn)品、電動汽車電池等一系列應(yīng)用也會帶來好處。
利用計算機(jī)建模，該團(tuán)隊模擬了5種不同帶電離子在水溶液中的狀態(tài)。該理論模型非常簡單，不過結(jié)合了實驗數(shù)據(jù)，創(chuàng)造了一個基線，為MXene層中離子的去向以及在復(fù)雜環(huán)境中的表現(xiàn)提供了證據(jù)。
該團(tuán)隊希望其整體法能夠指導(dǎo)科學(xué)家們未來對MXene進(jìn)行的研究。研究人員表示：“我們研究了一個聯(lián)合模型，如果我們采用特定的MXene，就可從實驗中得到一些數(shù)據(jù)，如果我們知道一種離子的電容值，我們就可以預(yù)測其他離子的電容值，這些都是以前無法做到的。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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