Nyckeln är MXene, en tvådimensionellt material bestående av två delar: En hydrogel (en gel med en flytande vattenkomponent) och en oxidmetall. Det är strukturellt tillräckligt tätt för att skydda strålning och filtrera vatten, som forskargruppen vid Drexel visade under 2011. Men det är också mycket ledande, vilket gör det till en bra kandidat för batterimembran.
Rekommenderade videor
Det är tack vare MXenes kemiska makeup, som optimerar flödet av elektroder — de platser där energi lagras i batterier för laddning — genom den. Batterierna håller joner i portar som kallas "redox aktiva platser" för att hålla en laddning, och antalet portar ett batteri innehåller är direkt proportionell mot mängden laddning det kan hålla.
Till skillnad från dagens batterimembran, som har begränsade vägar för joner att ta sig till portar, skapar MXene flera vägar för jonerna att färdas genom. Och MXenes naturligt höga ledningsförmåga hjälper till att flytta jonerna snabbt, vilket ökar den effektiva laddningshastigheten.
"I traditionella batterier har […] joner en plågsam väg mot laddningslagringsportar, som inte bara saktar ner allt, men det skapar en situation där väldigt få joner faktiskt når sin destination med snabba laddningshastigheter, säger Maria Lukatskaya, forskare på team, sa. "Den idealiska elektrodarkitekturen skulle vara något som joner som flyttar till hamnarna via flerfiliga, höghastighets "motorvägar" istället för att ta enfiliga vägar. Vår makroporösa elektroddesign uppnår detta mål, vilket möjliggör snabb laddning - i storleksordningen några sekunder eller mindre."
Slutresultatet kan bli ett batteri som bara tar "tiotals millisekunder" att ladda upp helt istället för minuter eller timmar. Yuri Gogotsi, professor i materialvetenskap och teknik, sa att MXenes tillämpning i den verkliga världen kan leda till bättre laptop batterier och elbil batterier. "Om vi börjar använda lågdimensionella och elektroniskt ledande material som batterielektroder, kan vi få batterier att fungera mycket, mycket snabbare än idag", sa han. "Så småningom kommer uppskattning av detta faktum att leda oss till bil-, laptop- och mobiltelefonbatterier som kan laddas med mycket högre hastigheter - sekunder eller minuter snarare än timmar."
Mxene är inte kommersiellt gångbar just nu - Gogotsi gissar att det är minst tre år från att ta sig in i masstillverkade produkter som mobiltelefon batterier. Men teamet har åtagit sig att utforska nya applikationer inom en snar framtid.
Redaktörens rekommendationer
- Din nästa iPhone kanske inte har några ramar. Här är varför det kan vara ett problem
- Din nästa Mac-skärm kan ha denna geniala nya funktion
- Det är officiellt – Motorolas nästa Razr är 2023-telefonen jag inte kan vänta på
- Din nästa bil kan ha TiVo inbyggd
- iOS 16.5 ger din iPhone två spännande nya funktioner
Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.
