Ученые из Университета Дрекселя открыли новый способ хранения энергии - между слоями двумерных материалов

Многие батареи и конденсаторы используют интеркаляцию лития для хранения и передачи заряда. Литий широко применяется, поскольку он предлагает лучшую плотность энергии, но существуют трудности в хранении больших катионов, при этом не нарушая кристаллическую структуру. Исследователи из Дрекселя разработали серию MX-соединений , где М представляет собой переходный металл, а Х - атом углерода или азота. Соединение Ti₃C₂ образует двумерную слоистую структуру, которая способна вместить широкий спектр катионов (в том числе и поливалентные) самопроизвольно или электрохимически.

Интеркаляции ионов в слоистых соединениях уже давно применяются в накопителях, таких как батареи или электрохимические конденсаторы. Исследовательская группа Института Нанотехнологий Университета Дрекселя продемонстрировала спонтанную интеркаляцию катионов из водных растворов солей между двумерными (2D) слоями максена (MXene) Ti₃C₂. Максен сочетает в себе 2D проводящие слои карбида с гидрофильной поверхностью.

Последние результаты данных исследований были опубликованы в журнале "Science" 27 сентября 2013 г. В своей статье "Интеркаляция катионов и высокая объемная емкость двумерного карбида титана" ученые объясняют, как максены могут вмещать различные ионы и молекулы между своими слоями во время процесса интеркаляции.

Различные катионы, в том числе Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, и Al³⁺, также могут быть интеркалированы электрохимически, предлагая емкость свыше 300 фарад на кубический сантиметр (намного выше, чем у пористых атомов углерода). Это исследование дает основу для изучения большого семейства 2D карбидов и карбонитридов в электрохимических накопителях энергии для устройств с использованием одно-и поливалентных ионов.

Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-Dimensional Titanium Carbide

Maria R. Lukatskaya, Olha Mashtalir, Chang E. Ren, Yohan Dall’Agnese, Patrick Rozier, Pierre Louis Taberna, Michael Naguib, Patrice Simon, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsi.

Reference: Science, 27 September 2013: Vol. 341 no. 6153 pp. 1502-1505. DOI: 10.1126/science.1241488

ПОДРОБНЕЕ >>