Исследование показало, что быстрая зарядка делает цинк-ионные аккумуляторы прочнее.

Цинк-ионные аккумуляторы широко распространены, недороги, негорючи и более безопасны для окружающей среды, чем литий-ионные.

Ученые из США обнаружили, что цинк-ионные аккумуляторы потенциально могут заменить литий-ионные, поскольку быстрая зарядка делает их более прочными, а не изнашивает.

Исследование, проведенное под руководством Хайлонга Чена, доктора философии, доцента Школы машиностроения имени Джорджа В. Вудраффа в Технологическом институте Джорджии, опровергло давнее предположение о том, что быстрая зарядка рискованна.

Вместо этого результаты показали, что зарядка цинк-ионных аккумуляторов более высокими токами может продлить срок их службы.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) доминируют на рынке аккумуляторов. Они питают всё: от смартфонов до электромобилей. Однако их недостатки всё сложнее игнорировать, поскольку они требуют дефицитных материалов, пожароопасны и дороги в производстве.

Цинк, с другой стороны, — один из самых распространённых металлов на планете. Он широко добывается и значительно дешевле лития. Более того, цинк-ионные аккумуляторы негорючи, экологически безопасны и легко перерабатываются.

Однако их самый большой недостаток — рост дендритов — небольших игольчатых отложений цинка, которые образуются во время зарядки и могут проткнуть внутреннюю структуру аккумулятора, что приводит к короткому замыканию. Со временем это не только снижает производительность, но и создаёт угрозу безопасности.

Однако исследовательская группа Чена провела эксперименты с быстрой зарядкой и обнаружила, что этот метод предотвращает образование дендритов цинком.

Вместо этого цинк образовал гладкие, плотно упакованные слои, больше похожие на аккуратно сложенные книги, чем на раздробленные осколки. Такая структура не только предотвращает короткие замыкания, но и продлевает срок службы аккумулятора.

«Это противоречит общепринятому мнению о том, что быстрая зарядка сокращает срок службы аккумулятора», — заявил Чэнь.

Команда получила результаты после создания нового инструмента, который позволил им наблюдать за поведением цинка при различных скоростях зарядки в режиме реального времени. Таким образом, вместо того, чтобы тестировать одну переменную за раз, группа создала систему, позволяющую одновременно наблюдать за сотнями условий.

«Мы не просто смотрели, работает ли батарея; мы наблюдали, как меняется структура материала по мере его зарядки», — пояснил Чен.

Он отметил, что этот инструмент впервые помог им раскрыть, почему быстрая зарядка препятствует отложению цинка в дендритах.

Тем не менее, несмотря на то, что результат решает важную проблему, он затрагивает только одну сторону батареи — анод. Теперь команда сосредоточена на улучшении катода, чтобы обеспечить надёжную работу всей батареи в течение длительного времени.

Они также экспериментируют с цинковыми смесями, комбинируя их с другими материалами для повышения долговечности цинк-ионных аккумуляторов. Они считают, что это удивительное открытие может изменить будущее аккумуляторных технологий.

t.me/PrimeSci