Дендрити — це крихітні «голчасті» структури, що з’являються всередині батареї під час заряджання. Вони ростуть хаотично, поступово проростають крізь матеріали та можуть спричинити коротке замикання. Саме через них акумулятори часто виходять з ладу значно раніше, ніж могли б.

Нове рішення виглядає майже парадоксально: замість складних і дорогих покриттів вчені використали надзвичайно тонкий шар наночастинок золота. Причому цього золота — буквально мізер. Частинки покривають менше ніж 10% поверхні електрода, але навіть цього вистачило, щоб кардинально змінити поведінку батареї.

Щоб зрозуміти, як саме працює ця технологія, команда скористалася потужним інструментом — надяскравими рентгенівськими променями з Canadian Light Source при University of Saskatchewan. Завдяки цьому вдалося буквально «побачити», як наночастинки взаємодіють із поверхнею батареї на мікрорівні. Дослідження було опубліковано в Journal of Materials Chemistry A.

Результати виявилися вражаючими. У модифікованих цинкових акумуляторах утворення дендритів зменшилося до 50 разів у порівнянні зі звичайними. А під час лабораторних тестів такі батареї працювали понад 6000 годин — це значно довше, ніж у традиційних аналогів.

Головна особливість методу — не суцільне покриття, а точкове розміщення частинок. Золото тут діє не як захисний «панцир», а як система мікроскопічних регуляторів. Вони впливають на те, як саме відкладається цинк під час заряджання, роблячи цей процес рівномірнішим. Саме це й запобігає появі небезпечних «голок».

Ще одна несподівана перевага — ціна. Попри використання золота, технологія виявилася дуже дешевою. Через надзвичайно малу кількість матеріалу її вартість приблизно у 100 разів нижча, ніж у традиційних золотих покриттів. До того ж процес нанесення не потребує складних лабораторних умов, що робить його перспективним для масового виробництва.

І це лише початок. Дослідники вже перевіряють, чи можна застосувати той самий підхід до інших типів батарей, зокрема з мідними електродами для нових поколінь акумуляторів без анода. Також є ідеї використати подібні нанопокриття в сенсорах, сонячних панелях і навіть системах освітлення — скрізь, де важливу роль відіграють процеси на поверхні матеріалів.

Якщо ці розробки підтвердяться в реальних умовах, ми можемо отримати простий і доступний спосіб зробити електроніку значно надійнішою та довговічнішою. І виявиться, що іноді навіть крихітна кількість золота може дати по-справжньому великий результат.

Сучасні батареї лежать в основі майже всіх технологій — від смартфонів до електромобілів. Проте одна проблема залишається незмінною: з часом вони втрачають ємність і виходять з ладу. Довгий час вважалося, що це відбувається поступово через хімічні процеси деградації. Однак нове дослідження показує, що реальна картина значно складніша.

Вчені з Northeastern University виявили, що частинки матеріалів усередині батареї не залишаються нерухомими, як вважалося раніше. Навпаки — вони активно переміщуються, стикаються одна з одною і змінюють своє розташування під час заряджання та розряджання. Ці результати були опубліковані в журналі Science і можуть кардинально змінити підходи до створення більш довговічних акумуляторів.

Не статична система, а «живе» середовище

Традиційні моделі описували батарею як відносно стабільну структуру, де частинки поступово руйнуються, але залишаються на своїх місцях. Нові спостереження довели протилежне: внутрішній простір батареї нагадує динамічне середовище, де частинки поводяться майже як мікроскопічні об’єкти, що постійно рухаються.

Дослідники навіть порівнюють їх із «падаючими зірками» — настільки активним виявився їхній рух. Частинки не просто зміщуються, а й регулярно зіштовхуються та перебудовують структуру матеріалу.

Як рух руйнує батарею

Цей постійний рух створює механічне напруження всередині батареї. Коли частинки змінюють своє положення, виникають локальні зони напруги, які з часом призводять до утворення мікротріщин. Саме ці тріщини поступово руйнують внутрішню структуру і знижують ефективність роботи батареї.

Таким чином, деградація виявляється не лише хімічним процесом, а й фізичним — пов’язаним із динамікою матеріалів. Це пояснює, чому батареї іноді зношуються швидше, ніж прогнозують існуючі моделі, особливо при інтенсивному використанні.

Новий підхід до проєктування акумуляторів

Отримані результати відкривають нові можливості для інженерів. Якщо враховувати рух частинок, можна створювати матеріали або структури, які зменшують цей ефект або краще витримують навантаження. Наприклад, майбутні батареї можуть мати внутрішні «амортизуючі» механізми або спеціальні композиції, що стримують переміщення частинок.

Крім того, ці дані допоможуть удосконалити комп’ютерні моделі. Сучасні симуляції часто недооцінюють швидкість зносу, бо не враховують динамічну поведінку матеріалів. Додавання цього фактору дозволить точніше прогнозувати термін служби акумуляторів.

Значення для майбутніх технологій

Це відкриття має особливе значення для електромобілів і систем зберігання енергії, де довговічність батарей є критично важливою. Зменшення внутрішніх пошкоджень може суттєво продовжити термін служби акумуляторів і знизити витрати на їх заміну.

У підсумку дослідження змінює сам підхід до розуміння батарей: від статичної системи до складного, динамічного середовища. І саме це нове бачення може стати ключем до створення більш надійних і довговічних джерел енергії у майбутньому.

Над цією технологією працюють дослідники з CSIRO, які вже створили перші робочі прототипи. І хоча це звучить як наукова фантастика, принцип їхньої роботи базується на цілком реальних явищах із квантова фізика.

У квантовому світі діють незвичні правила. Частинки можуть існувати в кількох станах одночасно — це називається суперпозиція, або бути пов’язаними між собою незалежно від відстані — явище, відоме як квантова заплутаність. Саме такі ефекти дозволяють створювати не лише квантові комп’ютери, а й нові типи джерел енергії.

Ключ до роботи квантових батарей — так звані «колективні ефекти». У звичайних акумуляторах кожна частина працює окремо, і чим більша батарея, тим довше вона заряджається. У квантових усе навпаки: елементи починають «взаємодіяти» і заряджаються разом. Це призводить до парадоксального результату — чим більша батарея, тим швидше вона заряджається.

Якщо спростити: у системі з багатьох елементів час зарядки зменшується пропорційно до формули: t \propto \frac{1}{\sqrt{N}}

Тобто зі збільшенням кількості «осередків» зарядка прискорюється. Це повністю суперечить логіці традиційних акумуляторів, де великі батареї — наприклад, в електромобілях — заряджаються значно довше, ніж невеликі в смартфонах.

Перші ідеї квантових батарей з’явилися ще як теоретичні моделі, але у 2022 році вченим вдалося створити реальний прототип. Для цього вони використали так звану органічну мікропорожнину — складну багатошарову структуру, яка утримує світло і дозволяє керувати енергією на квантовому рівні. Саме в цьому експерименті вперше вдалося підтвердити: збільшення кількості елементів дійсно прискорює зарядку.

Ще один важливий крок зробили нещодавно — дослідники змогли не лише накопичувати енергію, а й перетворювати її на електричний струм. Це наближає технологію до практичного застосування.

Втім, до появи таких батарей у наших гаджетах ще далеко. Сучасні прототипи мають дуже малу ємність і здатні утримувати заряд лише частки секунди. Для смартфонів чи ноутбуків цього явно недостатньо.

Зате у квантових батарей вже є перспективна ніша — вони можуть стати ідеальним рішенням для живлення квантових комп’ютерів, де потрібна надшвидка передача енергії на дуже короткий час.

Зараз науковці працюють над тим, щоб збільшити розміри таких батарей і навчитися довше зберігати заряд. Один із можливих шляхів — створення гібридних систем, які поєднають швидкість квантових технологій із надійністю класичних акумуляторів.

І хоча поки що це лише перші кроки, історія технологій показує: навіть найсміливіші ідеї з часом стають буденністю. Колись і перший літак протримався в повітрі лише кілька секунд — але це не завадило авіації змінити світ. Квантові батареї цілком можуть пройти схожий шлях.

Ємність акумулятора становить 5000 мА·год. Бездротове заряджання здійснюється з потужністю до 15 Вт, що відрізняє пристрій від стаціонарного магнітного зарядного пристрою Samsung із підтримкою Qi2, який здатен видавати до 25 Вт. Водночас акумулятор оснащений портом USB-C, через який можливе як дротове заряджання підключених пристроїв потужністю до 25 Вт, так і заряджання самого акумулятора. Завдяки наявності як бездротового, так і дротового виходу пристрій може одночасно заряджати два гаджети.

Акумулятор кріпиться до задньої панелі смартфонів серій Galaxy S26 та Galaxy S25 за допомогою магнітного чохла. У верхній частині корпусу передбачено виріз, сумісний із блоком камер моделей Galaxy S26 та S25, включно з версіями Ultra та компактними варіантами. Конструкція також містить складну підставку, що дає змогу встановити смартфон як у горизонтальному, так і у вертикальному положенні.

На момент анонсу акумулятор доступний в єдиному сірому кольорі та вже розміщений на сайті Samsung у Великій Британії. Інформацію про вартість і терміни початку продажів поки що не оприлюднено. До комплекту постачання входить короткий кабель USB-C.

Дослідники з Університету штату Кеннесо (Kennesaw State University) запропонували несподіване, але перспективне рішення — хімічно «підштовхнути» іони за допомогою сірки.

У чому проблема твердотільних батарей

У традиційних акумуляторах іони літію переміщуються крізь рідкий електроліт. Він добре проводить заряд, але водночас є легкозаймистим і чутливим до перегріву. Твердотільні батареї замінюють рідину на тверду речовину, що суттєво знижує ризик загоряння та робить акумулятор стабільнішим.

Та за безпеку доводиться платити: у твердих матеріалах іони рухаються повільніше, немов пробираються через вузькі коридори замість вільної дороги. Це обмежує швидкість заряджання і загальну продуктивність.

Сірка як «змащення» для іонів

Команда під керівництвом Бейбей Цзян, доцентки кафедри електричної та комп’ютерної інженерії, працює над композитним твердим електролітом, який поєднує керамічні та полімерні матеріали. Замість повного переосмислення конструкції батареї вчені зосередилися на тому, щоб поліпшити «шви» між цими матеріалами.

Рішенням стало додавання сірковмісних хімічних груп. Вони зменшують опір на межах між керамікою та полімером, завдяки чому іони літію можуть рухатися значно вільніше.

«Уявіть, що іони — це автомобілі, а електроліт — дорога, — пояснює Цзян. — Наша сірчана модифікація ніби вирівнює цю дорогу, прибираючи ями та затори. У результаті іони рухаються швидше, а батарея заряджається ефективніше».

Неочікуване відкриття

Під час експериментів команда помітила ще один важливий ефект — сильну взаємодію між сіркою та цирконієм у керамічній частині електроліту. Раніше такого зв’язку в контексті твердотільних батарей не описували.

Цікаво, що відкриття сталося майже випадково: під час одного з тестів реакція відбулася значно швидше, ніж очікували, і ледь не вийшла з-під контролю. Замість того щоб списати результат на помилку, дослідники розібралися в причинах і навчилися керувати процесом.

Від лабораторії до реальних батарей

Основні роботи ведуться в лабораторії на кампусі Марієтта. Студенти самі синтезують матеріали, збирають прототипи та тестують їх у форматі так званих «монетних» батарей. Проєкт підтримується грантом Національного наукового фонду США на 200 тисяч доларів.

Поки що мова йде про ранню стадію розробки. Головне завдання — довести, що новий електроліт стабільний, надійний і працює в довготривалій перспективі. Якщо це вдасться, технологію можна буде масштабувати для електромобілів, систем зберігання енергії та споживчої електроніки.

Твердотільні батареї ще не готові витіснити звичайні акумулятори, але сірчаний «тюнінг» може стати тим самим поштовхом, який наблизить їх до масового використання. Джерело