充電速度と電池劣化の常識を覆す研究(Breaking the Rules to Build a Better Battery)

2025-08-18 ジョージア工科大学

ジョージア工科大学の研究チームは、亜鉛イオン電池において「急速充電が寿命を縮める」という従来の常識を覆す成果を発表しました。高電流で充電すると、通常問題となるデンドライト(樹枝状析出物)の成長が抑制され、代わりに滑らかで安定した層状構造が形成されることを確認。これにより内部ショートが防がれ、電池の耐久性が向上しました。研究では、多数の条件を同時にリアルタイム観察できる新実験装置を開発し、この現象を詳細に検証。成果は『Nature Communications』に掲載され、より安全で低コストなリチウム代替電池の開発に新たな可能性を拓くものです。

<関連情報>

高スループットのインサイトX線回折による亜鉛電極沈積における速度依存性テクスチャ成長の理解 Understanding rate-dependent textured growth in zinc electrodeposition via high-throughput in situ x-ray diffraction

Yifan Ma,Jakub Pepas,Guangxing Zhang,Zhaonan Liu,Yang Su,Jianming Bai,Hui Zhong,Tianyi Li,Wenqian Xu,Minju Kang,John Carsley,Josh Kacher & Hailong Chen
Nature Communications  Published:12 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-61813-y

充電速度と電池劣化の常識を覆す研究(Breaking the Rules to Build a Better Battery)

Abstract

Zn-ion batteries with aqueous electrolytes are promising for large-scale energy storage as they are low-cost, environment-friendly and safe. The commercialization of Zn-ion batteries is hindered by several challenges such as the formation of detrimental Zn dendrites. High current density is previously thought to stimulate the dendritic growth of metals such as Li in electrodeposition. However, our study finds that for metallic Zn negative electrode in Zn-ion batteries, high-current deposition results in a dense and flat Zn layer with a (002) texture, which extends the cycling life. Low-current deposition, on the other hand, leads to a porous and dendritic morphology and a short cycling life. Using a synchrotron-based high-throughput in situ X-ray diffraction method we recently developed, Zn deposition under different conditions is systematically investigated, and a texture formation mechanism is proposed. Based on these findings, we suggest guidelines for designing cycling protocols that enable long-lasting Zn-ion batteries.

0402電気応用
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