金納米顆粒涂層可防止短路尖峰，將電池壽命延長至6000小時

新型金納米顆粒涂層可減少枝晶生成，將鋅電池壽命延長至6000小時以上。

一項利用微量金的新技術(shù)，有望通過解決儲能領(lǐng)域最大的問題之一——枝晶，來顯著延長電池壽命。康考迪亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在電池內(nèi)表面添加一層稀疏的金納米顆粒，可以大幅減少鋅電池中枝晶的形成。這些針狀結(jié)構(gòu)常在充電循環(huán)中生長，導(dǎo)致短路和電池失效。

研究團隊利用薩斯喀徹溫大學(xué)加拿大光源的超亮X射線，觀察了這些納米顆粒與電池表面的相互作用。他們的研究結(jié)果表明，即使是最少量的涂層也能產(chǎn)生重大影響。研究人員報告稱，與未經(jīng)處理的鋅電池相比，枝晶生長減少了多達50倍。在實驗室測試中，經(jīng)過改良的電池持續(xù)運行超過6000小時，表明其壽命顯著提升。

"眾所周知，涂覆電極可以提高電池性能，但我們的技術(shù)所需的微量顆粒以及它們在電池表面的排列方式，是一個非常新穎且令人興奮的發(fā)現(xiàn)，" Seungil Lee 表示。

大幅削減枝晶

與通常需要大量昂貴材料的傳統(tǒng)涂層不同，這種方法使用的金納米顆粒僅覆蓋不到10%的表面區(qū)域。這種稀疏分布減少了材料用量，同時仍能帶來顯著的性能提升。

"由于我們的制備方法不需要任何特殊的實驗室條件，且僅需微量的金，因此在表面涂覆金顆粒變得極其便宜，價格僅為普通金涂層的百分之一，" Ayse Turak 表示。

研究人員稱，顆粒的排列方式至關(guān)重要。這些納米顆粒并未形成連續(xù)的層，而是充當局部控制點，影響充電過程中鋅的沉積方式。這有助于防止導(dǎo)致枝晶產(chǎn)生的不均勻堆積。

"這對我們來說是一個啟示，" Turak 說，"表面的材料如此之少，幾乎無法用其他任何手段進行表征。但CLS的X射線提供了非常強的信號，因此我們能夠看到它，確認它的存在，以及它在表面的位置。"

可規(guī)模化推廣的低成本涂層

研究團隊認為，這種方法可以推廣到實際應(yīng)用中，特別是因為它避免了復(fù)雜的制造步驟。通過使用最少的材料和簡單的工藝，該方法可使先進的電池保護技術(shù)更加普及。

除了鋅電池，研究人員目前還在探索將該技術(shù)應(yīng)用于其他體系。初步工作正在研究用于下一代無陽極電池的銅電極。他們也在研究稀疏納米顆粒涂層是否可用于其他技術(shù)領(lǐng)域，包括傳感器、光伏和照明系統(tǒng)，在這些領(lǐng)域中表面相互作用起著關(guān)鍵作用。

如果成功，這種方法將提供一種簡單的方式，在不顯著增加成本的前提下，提升多種能源和電子技術(shù)的性能。

該研究發(fā)表于《Journal of Materials Chemistry A》。

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