被“充電5分鐘，通話2小時(shí)”這一廣告語打動(dòng)了無數(shù)智能手機(jī)用戶，因?yàn)槭謾C(jī)的充電問題成為制約智能手機(jī)發(fā)展的一大障礙。如今，手機(jī)的充電功能因?yàn)殡姵夭馁|(zhì)的問題再次升級(jí)，未來的充電速度可以以秒來計(jì)算。

據(jù)外媒報(bào)道，近日美國德雷克塞爾大學(xué)的研究人員使用MXene(一種二維材料)設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型電極，這種電極可以讓智能手機(jī)電池在幾秒鐘內(nèi)完成充電。

據(jù)了解，這種電極設(shè)計(jì)具備像電池一樣的能量存儲(chǔ)裝置，擁有超級(jí)電容一樣的存儲(chǔ)速度(超級(jí)電容器通常被用作電池的備用電源，或者為像閃光燈這樣的東西提供快速的能量)。

這些組件的理想設(shè)計(jì)是讓它們能夠快速充電并儲(chǔ)存更多的能量。為了儲(chǔ)存更多的能量，電池中的電極材料提供了儲(chǔ)存的端口。在電化學(xué)中，這些被稱為“氧化還原活性位點(diǎn)”的端口是在每一個(gè)離子被傳遞時(shí)都有電荷的地方。

如果電極材料有更多的端口，就意味著它可以儲(chǔ)存更多的能量，這就相當(dāng)于一個(gè)水果有了更多的“果汁”。研究人員制作了一種水凝膠電極設(shè)計(jì)，它有更多的氧化還原活性位點(diǎn)，這使得它可以像電池一樣儲(chǔ)存大量的電荷。

這種容量，被稱為“容積性能”，而容積性能則是判斷任何能量存儲(chǔ)設(shè)備效用的一個(gè)重要指標(biāo)。

為了使這些豐富的水凝膠電極端口對離子流量更具吸引力，研究人員包括來自德雷克塞爾大學(xué)的研究生SankalpKota，設(shè)計(jì)了具有開放的宏觀孔隙度的電極結(jié)構(gòu)(這種電機(jī)結(jié)構(gòu)開放了許多小的開口)，從而使這些在MXene材料中的每一個(gè)氧化還原活性位點(diǎn)都變得很容易。

“‘偽電容器’總是比在電子雙層電容中使用的物理存儲(chǔ)要慢得多，也被稱為超級(jí)電容。我們嘗試了在幾十毫秒內(nèi)對超薄mx烯電極進(jìn)行充電。這為超快能量儲(chǔ)存設(shè)備的開發(fā)鋪平了道路，在幾秒鐘內(nèi)就能被充滿電，但儲(chǔ)存的能量要比傳統(tǒng)的超級(jí)電容器多得多。這一發(fā)現(xiàn)，徹底改變了人們的普遍觀點(diǎn)，即化學(xué)充電儲(chǔ)存在電池中應(yīng)用。”德雷塞爾大學(xué)工程學(xué)院教授Gogotsi說。

“傳統(tǒng)的電池和超級(jí)電容器在離子電荷存儲(chǔ)口有一個(gè)曲折的彎道,這減慢了整個(gè)充電過程,但它創(chuàng)造了離子到達(dá)目的地的標(biāo)準(zhǔn),理想的電極結(jié)構(gòu)就像離子通過多管道、高速公路來移動(dòng)到港口，而不是走單車道。我們的大孔電極設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，它實(shí)現(xiàn)了真正意義上的快充，僅需耗時(shí)幾秒鐘甚至更短的時(shí)間。”德雷塞爾大學(xué)工程學(xué)院研究人員瑪麗亞Lukatskaya說。

目前這項(xiàng)研究的第一作者已將該技術(shù)成果發(fā)表在《自然》雜志上。