東京大學的 Atsuo Yamada 教授和他的團隊與國立先進工業科學技術研究所合作發現，在一種名為“MXene”的層狀化合物的層狀納米空間中，水分子與鋰離子被困在一起是“負的”。 ” 人們發現它具有“介電常數”。
利用電子和離子配對的稱為“雙電層”現象的雙電層電容器是蓄電裝置的一種，幾乎不會因反複使用而劣化，具有比離子電池更高的輸出。為了有效地儲存電力，需要將電子和離子以高密度限制在微小空間（納米空間）中。此時，與離子結合的水分子也被捕獲，但由於這些水分子的特性未知，因此無法知道如何有效地捕獲電子和離子。
課題組以層狀化合物MXene為電極材料，利用各種鹼金屬離子製作了雙電層電容器，測量了雙電層電容，並進行了計算模擬。分析表明，被鋰離子束縛在 MXene 層間納米空間中的水分子具有負介電常數，即它們在納米空間中形成異常的電勢分佈，從而產生與外部電場方向相反的內部電場。此外，從實驗和理論的角度來看，與使用不顯示負介電常數的離子的情況相比，水的負介電常數使層狀化合物的雙電層容量增加了 1.7 倍。
此外，負介電常數在其他層狀化合物（如僅由碳組成的石墨烯）中得到了實驗和理論的證實，並被發現是一種普遍現象。通過使用負介電常數，可以以較少的能量以高密度存儲離子，這有望導致高能量密度的雙電層電容器的發展。
