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新型金纳米颗粒涂层可减少枝晶生成，将锌电池寿命延长至6000小时以上。

 

一项利用微量金的新技术，有望通过解决储能领域最大的问题之一——枝晶，来显著延长电池寿命。康考迪亚大学的研究人员发现，在电池内表面添加一层稀疏的金纳米颗粒，可以大幅减少锌电池中枝晶的形成。这些针状结构常在充电循环中生长，导致短路和电池失效。

研究团队利用萨斯喀彻温大学加拿大光源的超亮X射线，观察了这些纳米颗粒与电池表面的相互作用。他们的研究结果表明，即使是最少量的涂层也能产生重大影响。研究人员报告称，与未经处理的锌电池相比，枝晶生长减少了多达50倍。在实验室测试中，经过改良的电池持续运行超过6000小时，表明其寿命显著提升。

"众所周知，涂覆电极可以提高电池性能，但我们的技术所需的微量颗粒以及它们在电池表面的排列方式，是一个非常新颖且令人兴奋的发现，" Seungil Lee 表示。

大幅削减枝晶

与通常需要大量昂贵材料的传统涂层不同，这种方法使用的金纳米颗粒仅覆盖不到10%的表面区域。这种稀疏分布减少了材料用量，同时仍能带来显著的性能提升。

"由于我们的制备方法不需要任何特殊的实验室条件，且仅需微量的金，因此在表面涂覆金颗粒变得极其便宜，价格仅为普通金涂层的百分之一，" Ayse Turak 表示。

研究人员称，颗粒的排列方式至关重要。这些纳米颗粒并未形成连续的层，而是充当局部控制点，影响充电过程中锌的沉积方式。这有助于防止导致枝晶产生的不均匀堆积。

"这对我们来说是一个启示，" Turak 说，"表面的材料如此之少，几乎无法用其他任何手段进行表征。但CLS的X射线提供了非常强的信号，因此我们能够看到它，确认它的存在，以及它在表面的位置。"

可规模化推广的低成本涂层

研究团队认为，这种方法可以推广到实际应用中，特别是因为它避免了复杂的制造步骤。通过使用最少的材料和简单的工艺，该方法可使先进的电池保护技术更加普及。

除了锌电池，研究人员目前还在探索将该技术应用于其他体系。初步工作正在研究用于下一代无阳极电池的铜电极。他们也在研究稀疏纳米颗粒涂层是否可用于其他技术领域，包括传感器、光伏和照明系统，在这些领域中表面相互作用起着关键作用。

如果成功，这种方法将提供一种简单的方式，在不显著增加成本的前提下，提升多种能源和电子技术的性能。

该研究发表于《Journal of Materials Chemistry A》。