Команда ученых под руководством профессора Кан Фэйю из Университета Цинхуа и профессора Дун Любина из Университета Цзинань совершила прорыв в технологии цинк-ионных гибридных суперконденсаторов (ZHS). Они создали новый тип цинкового анода, добавив в электролит супрамолекулярные соединения.

Супрамолекула — это «молекулярный конструктор»: несколько молекул соединяются в устойчивую структуру за счет слабых связей (как кубики Лего). В этом исследовании супрамолекулы SC образуют защитную сетку на цинке, которая не дает ему разрушаться.

Результаты опубликованы в журнале Nano-Micro Letters.

Главная проблема цинковых аккумуляторов — нестабильность анода. Со временем на нем образуются дендриты (игольчатые наросты), которые прокалывают сепаратор и выводят устройство из строя. Обычные электролиты не справляются с этим, но добавка на основе модифицированного β-циклодекстрина (SC) меняет правила игры.

Как это работает

• Молекулы SC самопроизвольно прилипают к цинку, образуя защитный слой.
• Они не дают воде и другим примесям разрушать анод, а также направляют ионы цинка так, чтобы он осаждался ровно, без дендритов.
• Электролит с SC ускоряет зарядку: ионы цинка легче освобождаются от «водной оболочки», что снижает энергопотери.

Что получилось

• КПД достиг 99,7% — почти без потерь.
• Батареи выдерживают 20 000 циклов (в 30 раз дольше обычного).
• Работают даже при высоких токах — 10 мА/см².

Ученые проверили технологию на монетных элементах и гибких аккумуляторах для носимой электроники — везде результат превзошел ожидания.

Это исследование решает две ключевые проблемы цинковых аккумуляторов: короткий срок службы и медленную зарядку.

Если технология выйдет на рынок, мы получим:

• Дешевые и безопасные накопители для солнечных и ветряных электростанций (цинк доступнее лития).
• Гибкие батареи для медицинских датчиков и умной одежды (водные электролиты не горят).
• Быстро заряжающиеся буферные системы для промышленности.

Но главное — метод масштабируем. SC-добавка требует минимальных изменений в производстве, а значит, внедрение будет быстрым.

При этом исследование не учитывает долгосрочное влияние SC-добавки на экологию. Циклодекстрины биоразлагаемы, но их модифицированные формы могут накапливаться в воде. Без оценки токсичности массовое применение технологии рискованно.

Ранее ученые улучшили цинковые аккумуляторы, изменив состав катода.