德国柏林亥姆霍兹中心(HZB)研究团队近期在MXene材料用于能量存储的研究方面取得新进展。通过利用同步辐射光源BESSY II的“MYSTIIC”原位扫描透射X射线显微镜，首次在单个MXene薄片水平上详细观察了其电荷存储的化学过程，揭示了该材料在储能应用中的多样化潜力。相关成果已发表在学术期刊《能源与环境科学》上。

实现基于可再生能源的气候中和与高效能源供应，能量存储技术至关重要。当前技术各有特点，例如电池存储能量大但充电需时较长，而双电层电容器充电迅速但储能量有限。赝电容器有望通过基于化学变化的电荷转移过程，兼顾高存储容量与快速充放电特性，但此前一直缺乏性能理想的材料。

MXene作为二维层状材料(如碳化钛)，具有导电的核心和高活性的表面，层间距仅数纳米，是一种有前景的新型储能材料候选者。通过水基电解质，质子或锂离子可以插入MXene层间作为电荷载体，并与钛原子表面的官能团发生氧化还原反应。

在此之前，相关研究多基于包含数千片堆叠薄片的大尺寸样品。此次，在Tristan Petit博士的带领下，研究团队首次利用软X射线显微镜，在单个薄片水平上实验观察了离子存储过程中发生的化学变化。

研究第一作者Namrata Sharma表示：“我们发现，电解液所含离子类型的不同，会导致材料化学行为的显著差异。”研究人员观察到，质子会降低钛原子的氧化态，而锂离子的嵌入则会提高钛原子的氧化态。

Petit博士指出：“这挑战了人们对中性水基电解质中MXene材料仅作为双电层电容器(EDLC)的传统看法。它们的机制更为复杂，也因此更具研究价值。这些认识有助于我们开发MXene材料在能量存储领域的新应用，例如用于构建赝电容器。”这项研究为理解纳米尺度的电荷转移过程奠定了基础，也为未来优化MXene材料在赝电容器等能量存储器件中的应用提供了依据。

出版详情：作者：Namrata Sharma 等人，标题：《MXenes 中伪电容性电荷存储的纳米级化学成像》，发表于：《能源与环境科学》 (2026)。期刊信息： 《能源与环境科学》