锂电池和超级电容结合体!新型纳米材料可大大提高充电电池速率

杜兰大学的一名获奖研究人员带领一个团队取得了一些发现，这些发现可能会使电动汽车和便携式设备（如手机和笔记本电脑）的充电速度大大加快。由Ken&RuthArnold科学与工程早期职业教授MichaelNaguib领导的团队在纳米尺度上设计了新型材料，以实现高功率和能量密度。

这种新材料有可能将充电时间从几小时缩短到几分钟。

该团队的工作，题为在室温离子液体中的高性能超级电容器MXene电极通过预交联的方式设计层间间距，已经发表在《先进功能材料》杂志上，并被选为该出版物的封底。

Naguib说：我们所获得的性能--在能量和功率密度方面--是非常出色的，并且弥补了电池和电容器之间的差距。

Naguib是二维材料和电化学储能方面的专家。他说，向可再生能源的正确转变导致了对能够处理高充电率和高容量的电化学储能装置的迫切需求。

虽然锂离子电池，也被称为锂离子电池或LIBS，提供了最高的能量密度之一，但他说：当涉及到高充电率时，它们仍然很挣扎，而且它们的电解质表现出一些安全问题。

另一方面，水基电化学电容器，也被称为超级电容器，可以提供非常高的功率，但其能量密度是有限的。

在能源部能源前沿研究中心（DOE-EFRC）的资助下，作为流体界面反应、结构和传输（FIRST）中心的一部分，Naguib的工作围绕着MXenes展开，这是一种有前途的储能材料，具有导电性，并能在层间承载离子，如锂。室温离子液体是有前途的电解质，因为它们提供了稳定性和更大的能量密度。但是由于它们的离子非常大，无法进入MXene层之间，所以储存的能量是有限的。

Naguib说在这里，我们在各层之间引入了楔子或支柱来打开它们，使离子液体离子能够储存在MXene层之间，从而实现非常高的能量和功率密度。这项工作体现了优化和设计二维材料的间距以释放其新应用潜力的重要性。

除了来自杜兰大学的作者之外，这项研究的团队还包括来自橡树岭国家实验室、范德比尔特大学、北卡罗来纳州立大学和国家标准与技术研究所的研究人员。