Когда вы заряжаете батарейку, внутри неё металл цинк оседает на электроде. Но оседает он не ровным слоем, как краска на стене, а отдельными веточками, похожими на иней. Эти веточки могут вырасти такими длинными, что дотянутся до другого электрода и замкнут батарейку. Тогда она перестаёт работать. Учёные из Чехии и Германии придумали, как этого избежать: они накрыли цинковый электрод золотой сеткой, которая тоньше человеческого волоса в десять тысяч раз.
Сетка работает как распределительный щит для электричества. В обычной батарейке ток собирается в случайных точках, и цинк растёт именно там. Золотая сетка растаскивает ток по всей поверхности, поэтому цинк оседает равномерно. При этом сетка не сплошная, а с дырочками, и через эти дырочки свободно проходят частицы цинка, растворённые в воде. Раньше думали, что нужно либо полностью закрыть электрод, либо точечно управлять ростом, но это не помогало. Золотая сетка впервые делает и то, и другое одновременно.
Чтобы проверить, учёные собрали две одинаковые батарейки, но в одну положили электрод с сеткой, а в другую — без. Обычная батарейка сломалась через 210 часов, а с сеткой проработала 3000 часов. При сильном токе разница ещё больше: 1100 часов против 17. Расчёты показали, что сетка не только выравнивает ток, но и крепче держит атомы цинка, поэтому они не собираются в иглы, а ложатся ровно.
До этой работы было непонятно, можно ли одновременно раздать ток по всей поверхности и оставить свободный проход для ионов. Казалось, одно мешает другому. Золотая сетка решила эту задачу, потому что она сплошная для тока и дырчатая для ионов. Теперь ясно: чтобы цинк не ветвился, нужно не прятать его от воды, а правильно распределять электричество. Такой же приём может пригодиться и для других батареек, где металл растёт неровно.
Толщина золотой сетки составляет всего 5–7 нанометров, что примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. При этом она способна выдерживать токи до 100 мА/см², что эквивалентно зарядке смартфона за несколько секунд.
Идея управлять ростом кристаллов с помощью проводящей сетки напоминает концепцию «умной поверхности» из научной фантастики, где материал сам направляет процессы на атомном уровне. В романе Нила Стивенсона «Алмазный век» описаны нанотехнологические структуры, которые управляют ростом кристаллов, что перекликается с принципом действия золотой сетки.