Учёные из Национального института графена при Манчестерском университете и Сиднейском технологическом университете разработали новый способ увеличения срока службы цинк-ионных батарей. Это более безопасный и устойчивый вариант для хранения энергии.
Команда создала двумерную (2D) суперрешётку на основе оксида марганца и графена. Этот подход значительно повышает структурную стабильность катодного материала батареи, позволяя ей надёжно работать более 5000 циклов зарядки-разрядки. Это примерно на 50 % дольше, чем у современных цинк-ионных батарей.
Исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60558-y) в Nature Communications, предлагает практический путь к масштабируемым технологиям хранения энергии на водной основе.
Суть прорыва
В основе прорыва лежит явление, называемое кооперативным эффектом Яна — Теллера (CJTE). Согласованное искажение решётки, вызванное определённым соотношением ионов марганца (Mn³⁺ и Mn⁴⁺) в соотношении 1:1. При встраивании в слоистую 2D-структуру на графене это соотношение создаёт длительную равномерную деформацию материала.
Эта деформация помогает катоду противостоять разрушению при повторных циклах зарядки. В результате получается недорогая водная цинк-ионная батарея, которая работает с большей долговечностью и без рисков для безопасности, связанных с литий-ионными элементами.
Профессор Гуоксиу Ван, ведущий и ответственный автор из Сиднейского технологического университета и приглашённый научный сотрудник Королевского общества в Манчестерском университете, сказал: «Эта работа демонстрирует, как двумерные гетероструктуры материалов могут быть разработаны для масштабируемых применений».
«Наш подход показывает, что дизайн суперрешётки — это не просто лабораторная новинка, а реальный путь к улучшению таких устройств реального мира, как перезаряжаемые батареи. Он подчёркивает, как инновации в области двумерных материалов могут быть преобразованы в практические технологии».
Соавтор исследования профессор Рахул Наир из Манчестерского университета сказал: «Наше исследование открывает новые горизонты в области инженерии деформаций для двумерных материалов. Вызвав кооперативный эффект Яна — Теллера, мы показали, что можно точно настроить магнитные, механические и оптические свойства материалов способами, которые ранее были невозможны».
Команда также продемонстрировала, что их [процесс синтеза](https://phys.org/tags/synthesis+process/) работает в масштабе с использованием методов на водной основе, без токсичных растворителей или [экстремальных температур](https://phys.org/tags/extreme+temperatures/), — шаг вперёд в создании более практичных для производства цинк-ионных батарей.
Предоставлено [University of Manchester](https://phys.org/partners/university-of-manchester/)