Золотое напыление из наночастиц останавливает рост дендритов и продлевает жизнь батарей до 6000 часов
Исследователи из Университета Конкордия обнаружили, что добавление тончайшего слоя наночастиц золота на внутреннюю поверхность аккумулятора может значительно сократить образование дендритов в цинковых батареях. Эти игольчатые структуры, которые часто вырастают во время циклов зарядки, приводят к коротким замыканиям и выходу батареи из строя, и новая техника с использованием крошечных количеств золота способна кардинально продлить срок службы источников энергии.
Используя сверхъяркое синхротронное излучение установки «Канадский источник света» в Университете Саскачевана, команда учёных наблюдала, как эти наночастицы взаимодействуют с поверхностью батареи. Полученные данные показывают, что даже минимальное покрытие может оказывать серьёзное влияние. Исследователи сообщили, что рост дендритов снизился в 50 раз по сравнению с необработанными цинковыми батареями. В лабораторных испытаниях модифицированные батареи продолжали работать более 6000 часов, что говорит о значительном увеличении срока службы.
В отличие от традиционных покрытий, которые часто требуют большого количества дорогих материалов, этот подход использует наночастицы золота, распределённые менее чем по 10 процентам поверхности. Такое разреженное распределение сокращает расход материала, обеспечивая при этом высокий прирост производительности. Исследователи отмечают, что ключевым фактором является расположение частиц. Вместо того чтобы формировать сплошной слой, наночастицы действуют как локальные контрольные точки, которые влияют на то, как цинк осаждается во время зарядки. Это помогает предотвратить неравномерное накопление, приводящее к образованию дендритов.
Учёные считают, что этот метод может быть масштабирован для реальных применений, особенно потому, что он позволяет избежать сложных производственных этапов. Используя минимальное количество материала и простые процессы, этот подход может сделать передовую защиту аккумуляторов более доступной. Помимо цинковых батарей, исследователи в настоящее время изучают, как та же техника может быть применена к другим системам. Предварительная работа уже ведётся с медными электродами для будущих анодно-свободных батарей. Кроме того, они выясняют, можно ли использовать разреженные наночастичные покрытия в других технологиях, включая датчики, фотоэлектрические элементы и системы освещения, где поверхностные взаимодействия играют критическую роль. В случае успеха этот подход может предложить простой способ улучшить производительность в множестве энергетических и электронных технологий без значительного увеличения затрат.
Исследование было в Journal of Materials Chemistry A.