图片来源：橡树岭国家实验室

 

       据外媒报道，美国能源部橡树岭国家实验室（the Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory，ORNL）领导的一个团队研发了一种新型集成式方式，以跟踪超薄材料中传输能量的离子，这种做法可以释放离子存储的能量，以实现充电速度更快、使用更持久的设备。

 

       多年来，科学家们一直在研究一种称为MXenes的2D材料。此种材料由多层结构组成，厚度与多个原子相当，科学家们一直在研究此种材料的储能潜力。

 

       ORNL领导的小组整合了实验数据计算模型中得到的理论数据，以确定碳化钛（MXene相）中各种带电离子的可能位置。通过此种整体法，他们可以从单原子到设备等各种角度，跟踪和分析离子的运动和行为。

 

       由于层与层之间的间隔允许带电离子或离子自由且快速地移动，因此分层式材料可以提升储能和传递能量的能力。然而，很难探测和表征离子，特别是在一个封闭的环境中，其中可能有多个过程在发挥作用。更好地了解此类过程才能够提高锂离子电池和超级电容器的储能能力。

 

       作为中心项目，该团队专注于研发超级电容器。超级电容器是一种能够快速充电以满足短期内高功率能源需求的设备，相比之下，锂离子电池的能量容量更大，提供电能的时间更长，但是放电速率更低，功率水平也更低。

 

       MXenes却能够将两种设备的好处结合起来，这也是快速充电设备需要完成的首要目标，即具有更大、更高效的储能能力，对于电子产品、电动汽车电池等一系列应用也会带来好处。

 

       利用计算机建模，该团队模拟了5种不同带电离子在水溶液中的状态。该理论模型非常简单，不过结合了实验数据，创造了一个基线，为MXene层中离子的去向以及在复杂环境中的表现提供了证据。

 

       该团队希望其整体法能够指导科学家们未来对MXene进行的研究。研究人员表示：“我们研究了一个联合模型，如果我们采用特定的MXene，就可从实验中得到一些数据，如果我们知道一种离子的电容值，我们就可以预测其他离子的电容值，这些都是以前无法做到的。”