Zlaté nanočástice prodlouží životnost baterií na 6000 hodin: Řešení dendritů je překvapivě levné

Vědci z Concordia University objevili novou techniku, která by mohla zásadně prodloužit životnost baterií, a to díky využití nepatrného množství zlata.

Vědci z Concordia University objevili novou techniku, která by mohla zásadně prodloužit životnost baterií, a to díky využití nepatrného množství zlata. Tato metoda se zaměřuje na řešení jednoho z největších problémů v ukládání energie – tvorby dendritů.

Tým zjistil, že přidání tenké vrstvy zlatých nanočástic na vnitřní povrch zinkových baterií dokáže výrazně omezit vznik těchto jehlovitých struktur. Dendrity se často tvoří během nabíjecích cyklů a vedou ke zkratům a selhání baterie. Pomocí ultrajasných rentgenových paprsků z Canadian Light Source na University of Saskatchewan vědci pozorovali, jak nanočástice interagují s povrchem baterie. Jejich zjištění ukazují, že i minimální povlak může mít zásadní dopad.

Výzkumníci uvedli, že růst dendritů se snížil až 50krát ve srovnání s neošetřenými zinkovými bateriemi. V laboratorních testech upravené baterie fungovaly déle než 6 000 hodin, což naznačuje výrazné prodloužení jejich životnosti. Seungil Lee k tomu dodává: „Povlakování elektrod je známé pro zlepšení výkonu baterií, ale malé množství částic potřebných pro naši techniku a způsob jejich uspořádání na povrchu baterie je velmi nový a vzrušující objev.“

Na rozdíl od tradičních povlaků, které často vyžadují velké množství drahých materiálů, tento přístup používá zlaté nanočástice rozprostřené na méně než 10 procentech povrchu. Toto řídké rozložení snižuje spotřebu materiálu a přitom přináší silné zlepšení výkonu. Ayse Turak zdůrazňuje: „Díky způsobu výroby, který nevyžaduje žádné speciální laboratorní podmínky a jen malé množství zlata, je umístění zlatých částic na povrch extrémně levné – je to 1/100 ceny běžných zlatých povlaků.“

Vědci se domnívají, že klíčové je uspořádání částic. Namísto vytváření souvislé vrstvy fungují nanočástice jako lokalizované kontrolní body, které ovlivňují ukládání zinku během nabíjení. To pomáhá předcházet nerovnoměrnému hromadění, které vede k dendritům. „Bylo to pro nás zjevení,“ říká Turak. „Na povrchu je tak málo materiálu, že je téměř nemožné ho charakterizovat jinými prostředky. Ale rentgenové paprsky v CLS poskytují velmi silný signál, takže to můžeme vidět a potvrdit, že tam je a kde se na povrchu nachází.“

Tým věří, že metoda by mohla být škálovatelná pro reálné aplikace, zejména proto, že se vyhýbá složitým výrobním krokům. Díky minimálnímu použití materiálu a jednoduchým procesům by tento přístup mohl zpřístupnit pokročilou ochranu baterií. Kromě zinkových baterií vědci nyní zkoumají, jak by stejná technika mohla být aplikována na jiné systémy. Počáteční práce se zaměřuje na měděné elektrody pro anodeless baterie nové generace. Zkoumají také, zda by řídké povlaky nanočástic mohly být použity v jiných technologiích, včetně senzorů, fotovoltaiky a osvětlovacích systémů, kde povrchové interakce hrají klíčovou roli. Pokud bude úspěšný, mohl by tento přístup nabídnout jednoduchý způsob, jak zlepšit výkon napříč mnoha energetickými a elektronickými technologiemi bez výrazného zvýšení nákladů. Studie byla publikována v Journal of Materials Chemistry A.