Még kutatási fázisban – A pszeudokondenzátor

Nagy tárolókapacitás és rövid töltési idő – ez a villanyautók energiatároló rendszerének két alapjellemzője és egyben a kutatók számára a legnagyobb kihívás. A megoldást a fizikai alapkutatásoktól, így a fizikusoktól, kémikusoktól várja a világ, de a gyártástechnológiát kidolgozók is az élvonalban vannak.

A pszeudokondenzátor az elektrokémiai kondenzátorok (szuperkondenzátorok) egyik típusa, amely az elektrosztatikus tárolás mellett elektrokémiai reakciók révén is képes energiát tárolni. A működése valahol a hagyományos kondenzátor és az akkumulátor között helyezkedik el. Míg az akkumulátorok nagy tárolókapacitásukkal tűnnek ki, a szuperkondenzátorok rövid töltési idejük miatt lenyűgözőek. A pszeudokondenzátorok mögött az a gondolat áll, hogy mindkét tárolási eljárás legjavát ötvözi, a legtöbbet hozzák ki a szuperkondenzátorokból és akkumulátorokból. A 2D-s anyagok, mint például az MXene, itt különösen jól bizonyíthatják erősségeiket. 

2D MXene

A 2D MXén (MXene) anyag egy kétdimenziós (2D), fém-karbid vagy fém-nitrid alapú anyagcsoport, amelyet a MAX fázisokból állítanak elő szelektív marással. A nevük az összetételükből ered: M az átmenetifém, X a szén vagy nitrogén, és az „ene” végződés a grafénhoz hasonló 2D jelleget tükrözi.

A MAX-fázis egy olyan réteges kerámia, amelyet úgy terveztek, hogy a benne lévő A-réteg eltávolítható legyen, így létrehozva a kétdimenziós MXén anyagokat. A MAX-fázis tehát az MXének prekurzora – a „nyersanyag”, amelyből az MXén „kinyerhető”.

Az A-réteg a MAX-fázisban egy gyengébben kötött főcsoportbeli elemréteg (pl. alumínium), amely kémiai marással eltávolítható. Ez az eltávolítás teszi lehetővé a kétdimenziós MXén anyag előállítását, amelyben már csak az M–X rétegek maradnak meg.

MXén előállítása

Az MXéneket úgy nyerik, hogy a MAX fázisokból (pl. Ti3AlC2) savval (HF – hidrogén-fluorid) eltávolítják az A-elemet (pl. Al – alumínium), miközben a többi réteg (Ti és C) megmarad és rétegzett szerkezetet alkot.