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图片来源：DrexelUniversity
是时候让插入充电器充电成为历史了，科学家们正在开发一种新的电极设计，可以用几秒钟而不是几个小时来给电池充电。
研究人员表示，这不仅能解决手机充电的痛苦，还能解决阻碍电动汽车市场的主要问题之一。
早前的研究中，研究人员已经将超级电容器用作便携式电子设备的储能装置。超级电容在大爆炸中释放能量，因此在为该技术提供动力时有着惊人的潜力。
而超级电容的问题在于，它们只能用于快速充电/放电周期，而不适用于长期的储能。
现在，来自德雷克塞尔大学的一个研究小组使用一种名为MXene（即二维过渡金属碳化物）的材料，将超级电容器和传统电池的性能结合在一起。
“本文驳斥了被广泛接受的教条，即化学电荷存储，它常用于电池中，总是比用于双层电容器的物理存储慢得多，也被称为超级电容器，”来自于德雷克塞尔大学工程系的首席研究员Yury·Gogotsi说道。
“我们进行了实验，在几十毫秒内对极薄的MXene电极充电。MXene具有非常高的电子导电性。这为超快能源存储设备的发展铺平了道路，在几秒钟内就能被充电和排放，除此之外，它比传统的超级电容器储存的能量要多得多。”
MXene是一种扁平的纳米材料，看起来像三明治：由氧化物作为上下层的“面包”组成，中间由导电碳和金属填充。当它们被制造出来的时，MXene就像薯片一样层叠。
虽然MXene具有良好的导电性，但其薯片式的结构制造了一个屏障，使离子，即电荷的化学载体，在电池中扩散。
对于储存电荷的电池来说，离子在被称为“氧化还原活性位点”的端口进出。端口越多，则电池能储存的能量就越多，更重要的是，电池也必须允许离子自由移动，否则就无法到达端口。
研究人员为了使离子能在MXene中的自由运动，对结构进行了一些研究。
图片来源：德雷克塞尔大学
科学家改变了MXene的结构，将其与一种水凝胶结合在一起，将薯片堆栈转变成更像瑞士奶酪的结构，让离子可以自由流动。
“在传统的电池和超级电容器中，离子在前往电荷存储端口的方向上有一条弯曲的路径，这不仅会减慢所有的速度，而且还会导致几乎没有离子能以快速充电的速度到达目的地，”团队中的其中一个成员MariaLukatskaya说道。
“理想的电极结构是在离子在往端口移动时，就像是在通过多车道的高速公路，而不是单车道公路。我们的大孔电极设计达到了这个目标，实现了在几秒钟或更短的时间内快速充电。”
值得一提的是，虽然这项研究看起来很有前途，但目前还不清楚电池将如何在车辆中使用。毫无疑问的是，这项研究最终会在汽车和手机上出现，它将彻底改变电池的使用方式。
“如果我们开始使用低维和电子导电材料作为电池电极，我们可以使电池工作的速度比现在快得多。”Gogotsi表示，“最终，对这一事实的认识将会让我们的汽车、笔记本电脑和手机电池能够以更高的速度充电——在几秒钟或几分钟以内，而不是几个小时。”
我们简直等不及要用用这个电池了！
蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者土豆同学，转载须授权
过渡金属硫化物（TMDs），以其独特的层状结构和多样化的性质，引起了广泛的关注。这些化合物由过渡金属元素M（如Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo，W等）与硫族元素X（S，Se，Te）构成MX2，形成类似三明治的2H，3R，和1T三种结构。TMDs不仅在机械性能上表现出高强，且因其高载流子迁移率、热导率和光学特性，被应用于电池、光电子器件和光电探测器等领域。
表征TMDs材料的方法主要包括：
这些表征方法提供了深入了解TMDs材料结构、性能和潜在应用的关键信息。
微型石墨烯超级电容器的装置的充电或者是放电速度比常规电池快100倍到1000倍。这种利用单原子层碳制成的电池很容易生产，也很容易与电子产品结合到一起，甚至有可能促使更小的手机诞生。该科研组表示，他们的新突破不仅将会导致充电更快的手机和汽车诞生，而且也会催生更小的电子产品。
目录
1介绍
2设计
3评论
1介绍编辑
研究人员为了研制这种新的微型超级电容器，他们采用两维碳片，即石墨烯，它在第三维只有单原子那么厚。该科研组还发现一种能够轻松生产这种电池的方法，即采用标准DVD刻录机。艾尔·卡迪说：“制造微型超级电容器的传统方法涉及到劳动密集型光刻技术，事实证明，这种方法很难制造出符合成本效益的装置，因此它大大限制了它们的商业应用，而我们采用消费档次的光雕刻录，用比传统装置低很多的成本大面积生产石墨烯微型超级电容器。采用这项技术后，我们能用便宜材料，在不到30分钟的时间里，在一个单一的光盘上生产超过100个微型超级电容器。
2设计编辑
为了产生一个高效超级电容器电池，研究人员需要分开安装两个电极，以便让它们中间的可用表面积达到最大化。这么做会导致超级电容器储存更多电荷。以前的设计把一层层石墨烯堆叠在一起，当做电极，这就如同三明治上的面包片。然而，这种做法在电子电路上并不起作用。在新设计中，研究人员以相互交叉的形式，把电极并排安装，这与相互交叉的手指类似。这么做有助于扩大两个电极的可用表面积，并减少电解液里的离子需要传播的路线。因此新型超级电容器具备比堆叠对比物更强的充电能力和速度性能。研究人员表示，人们甚至可以在家制作这种东西。
艾尔·卡迪说：“这种方法非常简单、成本低效率高，而且能在家中生产。我们只需一个DVD刻录机和分散在水里的氧化石墨，这种材料能以很低的价格在市场上买到。”该科研组表示，现在他们希望能与电子产品生产商合作。卡纳说：“目前我们正在寻找商业合伙人，帮助我们大量生产我们的石墨烯微型超级电容器。”
理查德·卡纳说，对于超级电容器来说，它再“快”也不过是数量上的升级，“小”才是其最大价值。他表示：“一直以来，电子产品的微型化、小型化，常常会遭遇储能系统方面的阻碍。过大的电池体积，拖累了整个产品的灵活小巧。”而新型超级电容器不但拥有较小的体积，且可以轻易整合到其他配件当中。
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