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導電黏土新材料可望實現超級電池

關鍵詞 黏土 , 導電 , 新材料 , 超級電池|2014-12-04 09:44:23|來源 eettaiwan
摘要 美國卓克索大學(DrexelUniversity)的研究人員開發出一種特性類似黏土的新材料,可望讓未來的超級電容與電池更容易制造、壽命更長、充電速度更快;這種被命名為MXene黏土...
       美國卓克索大學(Drexel University)的研究人員開發出一種特性類似黏土新材料,可望讓未來的超級電容與電池更容易制造、壽命更長、充電速度更快;這種被命名為 MXene 黏土的新材料是二維結構,由三層的鈦(titanium)與兩層碳所組成,僅5個原子的厚度。
       該開發團隊是由卓克索大學材料科學與工程系特約教授Michel Barsoum所率領,他與他的研究人員是在美國能源部的贊助下,采用一種以鈦為基礎、名為MAX phase的基層陶瓷材料來做超級電容的電極,并因此發現了MXene黏土這種材料。
       Barsoum表示,他團隊中的博士生Michael Ghidiu為了從MAX phase去除鋁而采用化學蝕刻制程,想將該制程一般會使用的、有毒又不好處理的氫氟酸(hydrofluoric acid)換掉;后來Ghidiu以氟化鹽(fluoride salt)與鹽酸(hydrochloric acid)做為替代,后者無毒性而且比氫氟酸安全。
       經過以上制程的MAX phase材料分解成一堆黑色的顆粒,Ghidiu用水清洗卻發現材料變成像黏土一樣,而且有些東西以前并不存在。“我們一開始只是要換掉氫氟酸,結果產生某種像是黏土的東西;”Barsoum表示:“現在我們意外開發出這種新材料,它很便宜、能卷起來、能鑄模、能做成任何你想要的樣子。”
卓克索大學開發出一種名為MXene 黏土的新材料,具備高導電性、還能卷成任何厚度

       當研究人員利用該種新材料做為超級電容的電極,結果其能源儲存量“令人瞠目”;Barsoum 表示,每一立方公分的儲存電量可以達到900法拉(farads),是目前市面上以碳材料為基礎的、電荷儲存量最佳之超級電容的兩到三倍。
       Barsoum與他的團隊已經將研究成果在《Nature》期刊發表,內容主要是MXene黏土在超級電容上的應用;該種材料也可以用作電池的電極,并具備在儲存能量上優于市面上鋰離子電池材料的潛力:“我們目前不會把該材料的應用局限在超級電容。”
       而雖然到目前為止,該材料做為鋰電池電極的儲存表現不如市售Sony的電池,該團隊正在努力確認其部分電容性能結果優于商用鋰電池。在制造上,MXene黏土也比現有電池材料具備更多優勢,包括其廉價、無毒的特性;Barsoum表示,該材料在制作時用到最多的就是水,成本低、對環境也友善,是最大的優勢所在。
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