Двумерный материал максен демонстрирует высокую энергоемкость

Исследователи из университета Дрекселя (штат Пенсильвания) продолжают расширять возможности открытого ими семейства двумерных материалов, толщиной всего в один атом. Очередное достижение ученых не только поднимает энергоемкость таких материалов на новый уровень, но и обеспечивает возможность применения их в гибких устройствах.

Около трех лет назад Михель Барсум (Michel W. Barsoum) и Юрий Гогоци (Yury Gogotsi), профессора дрексельского Технологического колледжа, открыли тонкие двумерные материалы, подобные графену, обладающие хорошей электропроводностью и гидрофильной поверхностью (удерживающей жидкость). Эти материалы были названы максенами (MXene), что отражает процесс их получения, включающий вырезание и отделение атомарных слоев алюминия от слоистой карбидной «MAX-фазы» (также открытой Барсумом, 15 лет назад).

О последнем достижении в исследованиях возможностей потенциального использования максенов сообщает статья в номере Science от 27 сентября. В ней описывается внедрение различных ионов и молекул между слоями максена в процессе, называемом интеркалирование.

Например, создание прослойки ионов лития между листами максена делает их хорошими кандидатами на место анода в литий-ионных батареях. Сам факт, что этот материал может таким образом удерживать ионы и молекулы весьма важен, так как расширяет его способность накапливать энергию.

«Благодаря интеркалированию катионов между слоями, электроды из максена карбида титана демонстрируют отличную объемную суперъемкость до 350 фарад на кубический сантиметр, — отмечает Барсум. — Это существенно выше, чем сегодня позволяют электроды из пористого углерода. Иными словами, мы теперь можем хранить больше энергии в меньших объемах, что существенно для мобильных устройств, становящихся все меньше и требующих больше энергии».

«Даже впечатляющие величины емкости, уже зарегистрированные нами, вероятно, не являются наивысшими возможными для максенов. Наблюдавшееся интеркалирование ионов магния и алюминия может также создать предпосылки для разработки новых типов металл-ионных батарей», — комментирует Готски, являющийся директором Дрексельского Института нанотехнологий.

Исследователи также сообщили об использовании ими «бумажных» электродов из MXene, вместо обычных порошковых с полимерным наполнителем. Гибкость такой «бумаги» свидетельствует о том, что максен может оказаться полезен в качестве элемента питания для гибких и носимых электронных устройств.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365