Дослідження команди з Технологічного інституту Джорджії змусило наукову спільноту по-новому подивитися на роль швидкої зарядки у розвитку акумуляторних технологій. Якщо для літій-іонних батарей підвищені темпи заряджання зазвичай означають пришвидшене старіння та втрату ємності, то у випадку цинк-іонних елементів відбувається протилежне. Як показала робота під керівництвом доцента Хайлонга Чена, прискорена зарядка не тільки не шкодить, а й зміцнює структуру акумулятора. Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Communications, відкривають нову перспективу для енергетики майбутнього.
Цинк-іонні батареї вже тривалий час розглядають як безпечну та економічно вигідну альтернативу літію, адже цинк значно поширеніший і дешевший. Проте розвиток цієї технології гальмувала серйозна проблема — утворення дендритів, голкоподібних металевих відростків, які при заряджанні можуть прорости крізь електроліт і викликати коротке замикання. Саме це робило масштабне застосування цинкових елементів ризикованим.
Проте команда Чена виявила, що швидке заряджання пригнічує дендритоутворення. Замість хаотичних металевих «шипів» на поверхні анода формується рівномірна щільна структура, схожа на стоси книг. Такий порядок не лише усуває небезпеку коротких замикань, а й суттєво продовжує термін служби батареї. Це відкриття прямо суперечить усталеним уявленням, що швидка зарядка неминуче шкодить акумуляторам.
Втім, попри успіх у вдосконаленні анода, катодна частина елемента ще вимагає оптимізації. Дослідники паралельно працюють над комбінаціями матеріалів для катода, а також вивчають нові цинкові сплави, які могли б зробити батареї більш довговічними.
Щоб отримати настільки детальні результати, команда Чена створила спеціальну установку, яка дозволяє в реальному часі спостерігати за тим, як поводиться цинк під час зарядки на великій кількості зразків одночасно. Такий метод дав змогу виявити закономірності, які залишилися б непоміченими при класичному підході з поетапним тестуванням.
Перспективи для застосування цинк-іонних батарей виходять далеко за межі портативної електроніки. Мова йде про зберігання енергії в домогосподарствах, балансування електромереж та забезпечення резервного живлення для критично важливої інфраструктури. На тлі зростаючих цін на літій і геополітичних викликів із постачанням сировини цинк може стати ключовим елементом у майбутніх системах енергозабезпечення. За оптимістичними оцінками, перші комерційні рішення на основі цієї технології можуть з’явитися вже протягом найближчих п’яти років.