Nøglen er MXene, en todimensionelt materiale bestående af to dele: En hydrogel (en gel med en flydende vandkomponent) og et oxidmetal. Det er strukturelt tæt nok til at beskytte stråling og filtrere vand, som forskerholdet på Drexel demonstrerede i 2011. Men det er også meget ledende, hvilket gør det til en god kandidat til batterimembraner.
Anbefalede videoer
Det er takket være MXenes kemiske makeup, som optimerer flowet af elektroder — de steder, hvor energi er lagret i batterier til opladning — gennem det. Batterier holder ioner i porte kaldet "redox aktive steder" for at holde en opladning, og antallet af porte et batteri indeholder er direkte proportionalt med mængden af ladning, det kan holde.
I modsætning til batterimembranerne i dag, som har begrænsede veje for ioner at komme til porte, skaber MXene flere stier, som ionerne kan rejse igennem. Og MXenes naturligt høje ledningsevne hjælper med at flytte ionerne hurtigt, hvilket øger den effektive genopladningshastighed.
"I traditionelle batterier har […] ioner en pinefuld vej mod ladeopbevaringsporte, som ikke kun bremser alt, men det skaber en situation, hvor meget få ioner faktisk når deres destination med hurtige opladningshastigheder,” Maria Lukatskaya, en forsker på hold, sagde. "Den ideelle elektrodearkitektur ville være noget som ioner, der flytter til havnene via multi-bane, højhastigheds-"motorveje" i stedet for at tage enkeltsporede veje. Vores makroporøse elektrodedesign opnår dette mål, som giver mulighed for hurtig opladning - i størrelsesordenen et par sekunder eller mindre."
Slutresultatet kan være et batteri, der kun tager "tivis af millisekunder" at genoplade helt i stedet for minutter eller timer. Yuri Gogotsi, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab, sagde, at MXenes anvendelse i den virkelige verden kunne føre til bedre bærbare batterier og elbil batterier. "Hvis vi begynder at bruge lavdimensionelle og elektronisk ledende materialer som batterielektroder, kan vi få batterier til at arbejde meget, meget hurtigere end i dag," sagde han. "Til sidst vil påskønnelse af denne kendsgerning føre os til bil-, bærbare- og mobiltelefonbatterier, der er i stand til at oplade med meget højere hastigheder - sekunder eller minutter i stedet for timer."
Mxene er ikke kommercielt levedygtig endnu - Gogotsi gætter på, at det er mindst tre år fra at finde vej til massefremstillede produkter som mobiltelefon batterier. Men holdet er forpligtet til at udforske nye applikationer på kort sigt.
Redaktørens anbefalinger
- Din næste iPhone har muligvis ingen rammer. Her er hvorfor det kan være et problem
- Din næste Mac-skærm kunne have denne geniale nye funktion
- Det er officielt - Motorolas næste Razr er 2023-telefonen, jeg ikke kan vente på
- Din næste bil kunne have TiVo indbygget
- iOS 16.5 bringer to spændende nye funktioner til din iPhone
Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.
