美國卓克索大學(xué)(Drexel University)的研究人員開發(fā)出一種特性類似黏土的新材料，可望讓未來的超級(jí)電容與電池更容易制造、壽命更長、充電速度更快；這種被命名為 MXene 黏土的新材料是二維結(jié)構(gòu)，由三層的鈦(titanium)與兩層碳所組成，僅5個(gè)原子的厚度。

　　

該開發(fā)團(tuán)隊(duì)是由卓克索大學(xué)材料科學(xué)與工程系特約教授Michel Barsoum所率領(lǐng)，他與他的研究人員是在美國能源部的贊助下，采用一種以鈦為基礎(chǔ)、名為MAX phase的基層陶瓷材料來做超級(jí)電容的電極，并因此發(fā)現(xiàn)了MXene黏土這種材料

　　

Barsoum表示，他團(tuán)隊(duì)中的博士生Michael Ghidiu為了從MAX phase去除鋁而采用化學(xué)蝕刻制程，想將該制程一般會(huì)使用的、有毒又不好處理的氫氟酸(hydrofluoric acid)換掉；后來Ghidiu以氟化鹽(fluoride salt)與鹽酸(hydrochloric acid)做為替代，后者無毒性而且比氫氟酸安全。

　　

經(jīng)過以上制程的MAX phase材料分解成一堆黑色的顆粒，Ghidiu用水清洗卻發(fā)現(xiàn)材料變成像黏土一樣，而且有些東西以前并不存在。“我們一開始只是要換掉氫氟酸，結(jié)果產(chǎn)生某種像是黏土的東西；”Barsoum表示：“現(xiàn)在我們意外開發(fā)出這種新材料，它很便宜、能卷起來、能鑄模、能做成任何你想要的樣子。”

 

卓克索大學(xué)開發(fā)出一種名為MXene 黏土的新材料，具備高導(dǎo)電性、還能卷成任何厚度

　　

當(dāng)研究人員利用該種新材料做為超級(jí)電容的電極，結(jié)果其能源儲(chǔ)存量“令人瞠目”；Barsoum 表示，每一立方公分的儲(chǔ)存電量可以達(dá)到900法拉(farads)，是目前市面上以碳材料為基礎(chǔ)的、電荷儲(chǔ)存量最佳之超級(jí)電容的兩到三倍。

　　

Barsoum與他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將研究成果在《Nature》期刊發(fā)表，內(nèi)容主要是MXene黏土在超級(jí)電容上的應(yīng)用；該種材料也可以用作電池的電極，并具備在儲(chǔ)存能量上優(yōu)于市面上鋰離子電池材料的潛力：“我們目前不會(huì)把該材料的應(yīng)用局限在超級(jí)電容。”

　　

而雖然到目前為止，該材料做為鋰電池電極的儲(chǔ)存表現(xiàn)不如市售Sony的電池，該團(tuán)隊(duì)正在努力確認(rèn)其部分電容性能結(jié)果優(yōu)于商用鋰電池。在制造上，MXene黏土也比現(xiàn)有電池材料具備更多優(yōu)勢，包括其廉價(jià)、無毒的特性；Barsoum表示，該材料在制作時(shí)用到最多的就是水，成本低、對(duì)環(huán)境也友善，是最大的優(yōu)勢所在。