Ионные «магистрали» в электродах аккумуляторных батарей позволят им заряжаться за считанные секунды

Известно, что суперконденсаторы могут заряжаться и отдавать накопленную энергию гораздо быстрее, чем аккумуляторные батареи. Однако, суперконденсаторы обычно имеют малую емкость, а суперконденсаторы большой емкости стоят гораздо дороже аналогичных аккумуляторных батарей. Не так давно исследовательская группа из университета Дрексела (Drexel University) закончила разработку нового условно двухмерного материала, получившего название MXene. Электроды, изготовленные с использованием этого материала, позволят создать устройство накопления энергии, емкость которого будет сопоставима с емкостью аккумуляторных батарей, а скорость будет сопоставима со скоростью работы суперконденсаторов. Другими словами, новое устройство будет способно заряжаться полностью за считанные секунды.

«Существует общепринятое мнение, что хранение электричества в виде химической энергии, используемое в аккумуляторных батареях и электролитических конденсаторах, всегда медленнее, чем хранение электричества в прямом виде в двухслойных конденсаторах и суперконденсаторах» — рассказывает Юрий Гоготси (Yury Gogotsi), ведущий исследователь, — «Высокая электронная проводимость материала MXene позволяет заряжать опытные образцы конденсаторов с такими электродами за десятки миллисекунд, что в свою очередь, позволит заряжать за несколько секунд устройства с емкостью, соответствующей емкости аккумуляторных батарей».

Структура электродов также важна, как и материал, из которых они изготовлены. У электрода должно иметься несколько активных мест, в которых проходят окислительно-восстановительные электрохимические реакции. И чем больше таких мест, тем выше будет емкость батареи. Материал MXene, представляющий собой сложное металокарбидное соединение (Ti3C2Tx) и имеющий микропористую структуру, по сути, является одним большим активным местом, что позволяет очень большому количеству ионов принимать одновременное участие в электрохимических реакциях.

«В традиционных батареях и суперконденсаторах ионы должны проделывать не слишком прямой путь к активным местам, где и происходит накопление энергии» — рассказывает Мария Лукацкая (Maria Lukatskaya), одна из исследователей, — «Ионная «магистраль» из материала MXene, включенная в структуру электрода батареи, позволит ионам добираться до места назначения быстрей и в больших количествах».