Los MXenes son materiales 2D que forman partículas multicapa (izquierda) a partir de las cuales se fabrican los pseudocondensadores. La luz de rayos X brillante sobre los MXenes reveló cambios en su estructura química tras la intercalación de moléculas de urea (derecha) en comparación con los MXenes prístinos (centro). Crédito:HZB / Martin Künsting
Como una bateria Los MXenes pueden almacenar grandes cantidades de energía eléctrica a través de reacciones electroquímicas, pero a diferencia de las baterías, se puede cargar y descargar en cuestión de segundos. En colaboración con la Universidad de Drexel, Un equipo de HZB demostró que la intercalación de moléculas de urea entre capas de MXene puede aumentar la capacidad de tales 'pseudocondensadores' en más del 50 por ciento. En BESSY II han analizado cómo los cambios en la química de la superficie del MXene tras la intercalación de la urea son los responsables de esto.
Existen diferentes soluciones para almacenar energía eléctrica:baterías electroquímicas de litio, por ejemplo, almacenar grandes cantidades de energía, pero requieren tiempos de carga prolongados. Supercondensadores, por otra parte, son capaces de absorber o liberar energía eléctrica extremadamente rápido, pero almacenan mucha menos energía eléctrica.
Pseudocondensador MXene
Una nueva opción está en el horizonte desde 2011:se descubrió una nueva clase de materiales 2-D que almacenan enormes cantidades de carga en la Universidad de Drexel. en los EE.UU. Estos son los llamados MXenes, Ti 3 C 2 Nanohojas Tx que forman una red bidimensional juntas, similar al grafeno. Si bien el titanio (Ti) y el carbono (C) son elementos, Tx describe diferentes grupos químicos que sellan la superficie, por ejemplo, grupos OH. Los MXenes son materiales altamente conductores con superficies hidrófilas y pueden formar dispersiones que se asemejan a la tinta negra. compuesto de partículas apiladas en capas en agua.
Ti 3 C 2 Tx MXene puede almacenar tanta energía como baterías, pero se puede cargar o descargar en decenas de segundos. Mientras que los supercondensadores igualmente rápidos (o más rápidos) absorben su energía por adsorción electrostática de cargas eléctricas, la energía se almacena en enlaces químicos en la superficie de los MXenes. Por tanto, el almacenamiento de energía es mucho más eficiente.
Nuevos conocimientos sobre la química mediante métodos de rayos X suaves
En cooperación con el grupo de Yuri Gogotsi en la Universidad de Drexel, Los científicos de HZB, el Dr. Tristan Petit y Ameer Al-Temimy, han utilizado por primera vez la espectroscopia de absorción de rayos X suave para investigar muestras de MXene en dos estaciones experimentales:LiXEdrom y X-PEEM en BESSY II. Con estos métodos, El entorno químico de los grupos de superficie de MXene se analizó sobre escamas de MXene individuales en el vacío, pero también directamente en el entorno acuático. Encontraron diferencias dramáticas entre MXenes prístinos y MXenes entre los cuales se intercalaron moléculas de urea.
La urea aumenta la capacidad
La presencia de moléculas de urea también cambia significativamente las propiedades electroquímicas de los MXenes. La capacidad de área aumentó a 1100 mF / cm
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, que es 56 por ciento más alto que pristineTi 3 C 2 Los electrodos Tx se prepararon de manera similar. Los análisis XAS en BESSY II mostraron que la química de la superficie cambia por la presencia de moléculas de urea. "También pudimos observar el estado de oxidación de los átomos de Ti en el Ti 3 C 2 Superficies Tx MXene utilizando X-PEEM. Este estado de oxidación fue mayor con la presencia de urea lo que puede facilitar el almacenamiento de más energía, "dice Ameer Al-Temimy, quien realizó las mediciones como parte de su doctorado.
