一項新的技術利用微量金屬金，顯著延長電池壽命，並解決能源儲存中的一大問題——樹突晶體。來自康考迪亞大學的研究人員發現，向電池內部表面添加稀疏的金奈米顆粒，可以顯著減少鋅電池中樹突晶體的形成。這些針狀結構在充電過程中經常生長，導致短路和電池故障。
研究團隊利用來自薩斯喀徹溫大學的加拿大光源的超亮 X 光，觀察這些奈米顆粒如何與電池表面互動。他們的研究結果顯示，即使是最小的涂層也能產生重大影響。研究人員報告稱，與未處理的鋅電池相比，樹突晶體的生長減少了多達 50 倍。在實驗室測試中，經過改良的電池運行超過 6,000 小時，顯示出顯著的壽命提升。
涂層電極已知能改善電池性能，但所需的微量顆粒及其在電池表面上的排列方式是一項全新的令人興奮的發現，Seungil Lee 說。這種技術大幅削減樹突晶體的生成，與傳統涂層相比，通常需要大量的昂貴材料，而這種方法則使用金奈米顆粒，覆蓋不到 10% 的表面。這種稀疏的分佈減少了材料的使用，同時仍能提供強大的性能增益。
由於這項技術的製作過程不需要特殊的實驗室條件，且僅需少量金，因此將金顆粒放置在表面上的成本便宜得多，Ayse Turak 表示，這僅為常規金涂層的 1/100。研究人員指出，顆粒的排列至關重要。奈米顆粒並不是形成連續的涂層，而是作為局部控制點，影響鋅在充電過程中的沉積方式，這有助於防止導致樹突晶體的不均勻堆積。
這對我們來說是一個啟示，Turak 說，表面上的材料非常少，幾乎無法通過其他方法進行表徵。然而，加拿大光源的 X 光提供了非常強的信號，因此我們可以看到並確認它的存在及其在表面上的位置。這項技術的團隊相信，這種方法可以擴展到現實世界的應用，特別是因為它避免了複雜的製造步驟。
通過使用最小材料和簡單過程，這種方法可以使先進的電池保護變得更具可及性。除了鋅電池之外，研究人員現在正在探索如何將相同技術應用於其他系統。早期研究正在考察無陽極電池的銅電極。他們還在調查稀疏奈米顆粒涂層是否可以用於其他技術，包括傳感器、光伏和照明系統，這些系統的表面互動起著關鍵作用。
如果成功，該方法可能提供一種簡單的方式，改善多種能源和電子技術的性能，而不會大幅增加成本。該研究已發表於《材料化學 A 雜誌》。
