新型秒充锂电池技术诞生, 充电五分钟都太长了

想象过手机厂商吹嘘的“秒充”变成现实吗？插好数据线，然后几秒钟后，拔掉。什么共享充电宝、什么移动电源的市场空间就不复存在了。

美国德雷塞尔大学（Drexel University）的材料科学与工程学专业的研究员们与法国、以色列研究人员共同设计了一种新型锂电池电极，或许有可能将手机、电动车充电这件事情缩短至秒级。

新款锂电池的电极采用了一款名为 MXene 的二维材料，导电性超高，单从汽车行业而言，新电极或将解决长久以来一直困扰电动车的充电难题，未来锂电池的充放电耗时将仅需数秒，且所储存的电能要远高于常规的超级电容器。

该项目研究员宣称， 他们在试验中抽取了薄薄的一层 MXene 电极，用于演示充电速率，整个充电过程只需数十毫秒。

MXene 并不是一种新鲜的材料，它于 2011 年被德雷塞尔大学材料科学与工程系的研究人员所发现，是一款扁平的纳米材料，其外观酷似三明治，由氧化物与导电的碳及金属填充物构成，而氧化物相当于三明治中的面包，将填充物夹在中间。

在该材料制造过程中，研究人员采用层压法来制作 MXene。不妨想象下桶装薯片的样子，该材质的各层材料就是如此堆叠而成的。

尽管 MXene 的导电性相当出色，但其结构依然不利于锂离子在电池内的扩散。对于锂电池的储能而言，锂离子留在氧化还原活性位置（redox active sites），这类位置的数量越多，电池保有的电量就越大，寿命就越长。重要的是，电池还使锂离子能够自由移动，否则其无法到达氧化还原活性位置。

为使 MXene 的锂离子能自由移动，研究人员对其结构进行了一定的调整。研究人员将 MXene 与水凝胶（hydrogel）相混合，改变了其结构，使锂离子能自由移动。

Yury Gogotsi 表示：“理想的电极架构是多通道结构（multi-lane），像多车道高速公路一样，以便锂离子高速移动。研究团队研发的大孔隙电极设计恰好实现了该目标，使充电过程短短数秒内完成。”

如果未来该款低维导电材质电池电极得到采用，将大幅提升电池的充电效率及电量，进而将提升车辆、笔记本电脑、手机电池的充电速率，只需数秒或数分钟就能完成，无需苦等数小时。

虽然 MXene 要想量产并商业化还需要至少三年时间，但值得期待的是这种超导材料将会对当前的充电技术产生革命性的影响，也就是说，“充电五分钟”就不会再是一个值得炫耀的能力了。