Исследователи Дрексельского университета (Drexel University) продолжают работу над совершенствованием устройств хранения энергии. Изучаются возможности, скрытые в свойствах максенов (MXenes) — группы композитных двумерных материалов. Статья о новых разработках опубликована в журнале Nature Energy.
Максены открыты в 2011 году Юрием Гогоци и Мишелем Барсумом (Michel Barsoum). Это атомарно тонкие двумерные материалы, они имеют хорошую электропроводность и гидрофильные поверхности, которые могут удерживать жидкость.
Название «MXenes» отражает процесс создания материалов. Они производятся путём травления и отшелушивания атомарно тонких слоев предварительно нанесённого алюминия на слоистые карбиды (MAX phases). MAX phases — слоистые шестиугольные карбиды и нитриды.
О первых успехах команда Юрия Гогоци сообщила в 2013 году. Тогда были созданы экспериментальные образцы суперконденсаторов с необычайно большой ёмкостью на основе двумерного карбида титана — Ti3C2. Новое достижение — аналогичное устройство с ёмкостью в 1500 Ф/см−3.
Работа специалистов Дрексельского университета опровергает мнение, что зарядка химических батарей и электрохимических суперконденсаторов (псевдоконденсаторов) всегда будет идти медленнее, чем зарядка суперконденсаторов.
«Мы демонстрируем зарядку тонких максеновых электродов за десятки миллисекунд. Такое возможно благодаря очень высокой электронной проводимости максена. Это открывает путь для разработки сверхбыстрых накопителей энергии, которые можно заряжать и разряжать в течение нескольких секунд, способных хранить гораздо больше энергии, чем обычные суперконденсаторы,» — говорит Гогоци.
Рост ёмкости стало возможным после того, как был разработан способ сделать материал более пористым — это увеличивает его электронную и ионную проводимость.
«В традиционных батареях и суперконденсаторах ионы проходят извилистый путь от места накопления заряда, что не только тормозит процесс, но также создает ситуацию, когда очень мало ионов доходят до пункта назначения, — поясняет Мария Лукацкая (Maria Lukatskaya), первый автор публикации. — Идеальная архитектура электрода — когда ионы движутся будто по многополосному, скоростному шоссе вместо обычной однополосной дороги. Наша макропористая конструкция электрода служит этой цели, она создаёт возможность быстрой зарядки — порядка нескольких секунд или меньше».
