Nanoblätter aus Titan-Kohlenstoff
Neue 2D-Materialien, die in Sekundenschnelle geladen und entladen werden können und große Mengen an elektrischer Energie speichern. Sogenannte MXene – also zweidimensionale Verbindungen aus Titan, Kohlenstoff und verschiedenen chemischen Gruppen – können große Energiemengen extrem schnell aufnehmen und wieder abgeben, sind damit schneller als herkömmliche Batterien und speichern sogar mehr Ladungsenergie als die bekannten Superkondensatoren.
Diese sogenannten Nanoblätter des Typs Ti3C2Tx (Ti = Titan; C = Kohlenstoff; Tx = können verschiedene chemische Gruppen sein) haben ähnlich dem Graphen eine zweidimensionale Struktur und bilden durch Einbettung des Moleküls Harnstoff hochleitfähige Strukturen mit hydrophiler Oberfläche. In Wasser bilden sie schwarze Dispersionen, die innerhalb von Zehntelsekunden elektrisch geladen und wieder entladen werden können. Im Gegensatz zu den Superkondensatoren wird hier die Energie wesentlich effizienter an den Oberflächen der chemischen Bindungen gespeichert.
Die Einlagerung des Moleküls Harnstoff erhöhte die Volumenkapazität dieser Strukturen sogar auf über 50 Prozent gegenüber ähnlich präparierten Ti3C2Tx Elektroden. Bei etwa 100 mV/s erreichte die Ti3C2Tx Elektrode (pulverförmig; Dicke 100μm) in 1 molarer Schwefelsäure eine Volumenkapazität von etwa 45 F/cm3, die Harnstoff Variante u-Ti3C2Tx (u = urea) sogar knapp 80 F/cm3.
Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: „Enhancement of Ti3C2Tx MXene Pseudocapacitance After Urea Intercalation Studied by Soft X-ray Absorption Spectroscopy” in . Phys. Chem. C, DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11766, 06 Feb 2020
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