Новое покрытие из наночастиц золота уменьшает количество дендритов и продлевает срок службы цинковых батарей более чем на 6000 часов.
Новая технология с использованием мельчайших количеств золота может значительно продлить срок службы батарей, решив одну из самых больших проблем в области хранения энергии — проблему дендритов.
Исследователи из Университета Конкордия обнаружили, что добавление тонкого слоя золотых наночастиц на внутреннюю поверхность батареи может значительно уменьшить образование дендритов в цинковых батареях.
Эти игольчатые структуры часто разрастаются во время циклов зарядки, что приводит к коротким замыканиям и выходу батареи из строя.
Используя сверхъяркие рентгеновские лучи Канадского источника синхротронного излучения в Университете Саскачевана, команда исследователей наблюдала за взаимодействием этих наночастиц с поверхностью батареи. Их результаты показывают, что даже минимальное покрытие может оказать существенное влияние.
Исследователи сообщили, что рост дендритов снизился в 50 раз по сравнению с необработанными цинковыми батареями.
В лабораторных условиях модифицированные батареи проработали более 6000 часов, что свидетельствует о значительном увеличении срока службы.
«Известно, что покрытие электрода улучшает характеристики батареи, но небольшое количество частиц, необходимых для нашей технологии, и способ их расположения на поверхности батареи — это совершенно новое и захватывающее открытие», — говорит Сынгиль Ли.
Резкое обрезание дендритов
В отличие от традиционных покрытий, для нанесения которых часто требуется большое количество дорогостоящих материалов, в этом подходе используются наночастицы золота, распределенные по поверхности, составляющей менее 10 процентов от общей площади.
Такое разреженное распределение позволяет сократить расход материалов, обеспечивая при этом значительное повышение производительности.
«Благодаря нашему способу производства, который не требует каких-либо специальных лабораторных условий и лишь небольшого количества золота, нанесение частиц золота на поверхность становится невероятно дешевым — его цена составляет 1/100 от стоимости обычных золотых покрытий», — говорит Айше Турак.
Исследователи утверждают, что ключевое значение имеет расположение частиц. Вместо образования сплошного слоя наночастицы действуют как локализованные контрольные точки, влияющие на осаждение цинка в процессе зарядки.
Это помогает предотвратить неравномерное наращивание дендритов, которое приводит к их образованию.
«Для нас это стало откровением», — говорит Турак.
«На поверхности так мало материала, что охарактеризовать его какими-либо другими способами практически невозможно. Но рентгеновские лучи в CLS дают очень сильный сигнал, поэтому мы можем увидеть его и подтвердить его наличие, а также определить его местоположение на поверхности».
Масштабирование недорогого покрытия
Команда считает, что этот метод можно масштабировать для реальных применений, особенно учитывая, что он позволяет избежать сложных производственных этапов.
Использование минимального количества материалов и простых процессов позволит сделать передовые методы защиты батарей более доступными.
Помимо цинковых батарей, исследователи сейчас изучают возможность применения той же технологии к другим системам. На начальном этапе работы рассматриваются медные электроды для безанодных батарей следующего поколения.
Они также изучают возможность использования покрытий из редких наночастиц в других технологиях, включая датчики, фотоэлектрические элементы и системы освещения, где взаимодействие с поверхностью играет решающую роль.
В случае успеха этот подход может предложить простой способ повышения производительности различных энергетических и электронных технологий без существенного увеличения затрат.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry A.
Sourse: interestingengineering.com
