：橡樹嶺國家實驗室

據(jù)外媒報道，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（theDepartmentofEnergy'sOakRidgeNationalLaboratory，ORNL）領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊研發(fā)了一種新型集成式方式，以跟蹤超薄材料中傳輸能量的離子，這種做法可以釋放離子存儲的能量，以實現(xiàn)充電速度更快、使用更持久的設(shè)備。

多年來，科學(xué)家們一直在研究一種稱為MXenes的2D材料。此種材料由多層結(jié)構(gòu)組成，厚度和多個原子相當(dāng)，科學(xué)家們一直在研究此種材料的儲能潛力。

ORNL領(lǐng)導(dǎo)的小組整合了實驗數(shù)據(jù)計算模型中得到的理論數(shù)據(jù)，以確定碳化鈦（MXene相）中各種帶電離子的可能位置。通過此種整體法，他們可以從單原子到設(shè)備等各種角度，跟蹤和分析離子的運動和行為。

由于層和層之間的間隔允許帶電離子或離子自由且快速地移動，因此分層式材料可以提升儲能和傳遞能量的能力。然而，很難探測和表征離子，特別是在一個封閉的環(huán)境中，其中可能有多個過程在發(fā)揮用途。更好地了解此類過程才能夠提高鋰電池和超級電容器的儲能能力。

作為中心項目，該團隊專注于研發(fā)超級電容器。超級電容器是一種能夠快速充電以滿足短時間內(nèi)高功率能源需求的設(shè)備，相比之下，鋰電池的能量容量更大，供應(yīng)電能的時間更長，但是放電速率更低，功率水平也更低。

MXenes卻能夠?qū)煞N設(shè)備的好處結(jié)合起來，這也是快速充電設(shè)備要完成的首要目標(biāo)，即具有更大、更高效的儲能能力，關(guān)于電子產(chǎn)品、電動汽車電池等一系列應(yīng)用也會帶來好處。

利用計算機建模，該團隊模擬了5種不同帶電離子在水溶液中的狀態(tài)。該理論模型非常簡單，不過結(jié)合了實驗數(shù)據(jù)，創(chuàng)造了一個基線，為MXene層中離子的去向以及在復(fù)雜環(huán)境中的表現(xiàn)供應(yīng)了證據(jù)。

該團隊希望其整體法能夠指導(dǎo)科學(xué)家們未來對MXene進行的研究。研究人員表示：我們研究了一個聯(lián)合模型，假如我們采用特定的MXene，就可從實驗中得到一些數(shù)據(jù)，假如我們了解一種離子的電容值，我們就可以預(yù)測其他離子的電容值，這些都是以前無法做到的。