Energiaa kaksiulotteisten materiaalien väliin

Philadelphilaisen Drexelin yliopistossa on tutkittu kaksiulotteisen materiaaliperheen ominaisuuksia ja toimintoja ja havaittu, että niiden avulla on mahdollista varastoida suuria määriä energiaa.

Noin kolme vuotta sitten professorit Michel Barsoum ja Yury Gogotsi löysivät atomisesti ohuen, kaksiulotteisen materiaalin jolla on hyvä sähkönjohtavuus ja hydrofiilinen pinta eli se pystyy pidättelemään nesteitä.

He nimesivät uuden materiaalin "MXene:ksi", johtuen sen syntyhistoriasta etsausprosessin ja atomisen ohuiden alumiinikerroksien kuorinnasta kerroksittaisen karbidin "MAX faaseista".

Heidän uusin julkaisunsa "Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-dimensional Titanium Carbide", selvittää miten MXene:t soveltavat ioneja ja molekyylejä kerrosten välisessä prosessissa.

Esimerkiksi sijoittamalla litium-ioneja MXene-levyjen väliin tekee niistä hyviä ehdokkaita litium-ioni-akkujen anodikayttöön. Myös magnesiumin ja alumiinin ionien sijoittaminen levyjen väliin voi tasoittaa tietä uudenlaisille ​​metalli-ioni-akuille.

Tällä hetkellä ryhmä on raportoinut yhdeksän MXene:ä mutta on todennäköistä, että niitä voidaan löytää paljon enemmän. Niitä on testattu muun muassa litium-, natrium-, magnesium-, kalium-, ammonium- ja alumiini-ionien kanssa. Tulokset osoittavat korkeita energian varastointikapasiteetteja.

Kaksiulotteiset, titaanikarbidi MXene-elektrodit osoittavat myös jopa 350 F/cm³ superkapasitanssia johtuen kerrosten välille sijoittuneista kationeista. Tämä on huomattavasti suurempi kuin mitä tällä hetkellä on mahdollista saavuttaa huokoisilla hiilielektrodeilla.