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美國追蹤傳輸能量的離子 或可制成儲(chǔ)能能力更強(qiáng)的電池/超級(jí)電容器
時(shí)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(shí)驗(yàn)室
據(jù)外媒報(bào)道，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory，ORNL）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)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(chǔ)的能量，以實(shí)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(gè)原子相當(dāng)，科學(xué)家們一直在研究此種材料的儲(chǔ)能潛力。
ORNL領(lǐng)導(dǎo)的小組整合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)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(dòng)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(dòng)，因此分層式材料可以提升儲(chǔ)能和傳遞能量的能力。然而，很難探測(cè)和表征離子，特別是在一個(gè)封閉的環(huán)境中，其中可能有多個(gè)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(jí)電容器的儲(chǔ)能能力。
作為中心項(xiàng)目，該團(tuán)隊(duì)專注于研發(fā)超級(jí)電容器。超級(jí)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(shí)間更長(zhǎng)，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(chǔ)能能力，對(duì)于電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車電池等一系列應(yīng)用也會(huì)帶來好處。
利用計(jì)算機(jī)建模，該團(tuán)隊(duì)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(jiǎn)單，不過結(jié)合了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)造了一個(gè)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(duì)希望其整體法能夠指導(dǎo)科學(xué)家們未來對(duì)MXene進(jìn)行的研究。研究人員表示：“我們研究了一個(gè)聯(lián)合模型，如果我們采用特定的MXene，就可從實(shí)驗(yàn)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(cè)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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