Новый водный суперконденсатор выдержал 60 000 циклов зарядки без потери качества

Исследователи из Гамбургского технического университета в Германии продемонстрировали возможность использования чистой воды для хранения электричества.

В своей работе ученые разработали устройство, названное «Синий конденсатор», в котором вода выступает в роли электролита, обеспечивая перенос электрического заряда.

По словам доктора Василия Артемова из Кластера передового опыта «BlueMat — материалы, управляемые водой» при Гамбургском техническом университете, целью проекта является создание более безопасных и экологичных технологий хранения энергии на основе доступных природных материалов, а не сложных химических соединений.

Он отметил, что устройство эффективно накапливает и отдает энергию, работает при сравнительно высоком напряжении для водной системы и сохраняет стабильность в течение десятков тысяч циклов зарядки.

Наноканалы для хранения энергии

Чистая вода традиционно считается плохим проводником для хранения энергии. Обычно батареи и суперконденсаторы требуют добавления солей, кислот или органических растворителей для обеспечения электропроводности, без которых накопление энергии невозможно.

Исследователи создали энергонакопительное устройство, полностью состоящее из трех наиболее распространенных природных материалов: воды, глины и углерода.

Система устроена так, что вода заключена в микроскопические каналы, что изменяет ее базовые свойства.

Глиняные минералы были смешаны с графеном — ультратонкой высокопроводящей формой углерода. Вместе эти материалы образуют плотный лабиринт из миллионов параллельных каналов шириной около одного нанометра, что примерно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Артемов подчеркнул, что результаты показывают возможность использования наноконфайнментированной воды в качестве активного электролита в практическом энергонакопительном устройстве.

Для визуализации тончайших слоев воды внутри глиняных структур команда использовала источник рентгеновского излучения PETRA III в исследовательском центре DESY — одном из самых мощных в мире.

Профессор Патрик Хубер, соавтор исследования, отметил, что только благодаря PETRA III удалось увидеть ультратонкие пленки воды внутри глины.

Тестирование и перспективы применения

Разработанный суперконденсатор хранит энергию за счет разделения электрических зарядов, а не химических реакций, что обеспечивает быстрое зарядное и разрядное время, а также длительный срок службы.

В лабораторных испытаниях «Синий конденсатор» выдержал более 60 000 циклов зарядки-разрядки без ухудшения характеристик, при этом работал при напряжении до 1,6 вольта.

Для водных систем это очень высокий порог напряжения, поскольку обычно вода разлагается на водород и кислород при значительно меньших значениях.

Хотя коммерческое применение технологии пока отстает во времени, устройство представляет собой перспективное решение для безопасного и экологичного накопления энергии.

Потенциальные области использования включают управление возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные и ветровые электростанции, стабилизацию электросетей и питание устройств, требующих частой и быстрой зарядки.

Артемов отметил, что понимание неожиданных свойств воды на наномасштабе открывает возможности для создания новых технологических приложений.

Кроме энергетики, открытие может способствовать развитию водных нанодатчиков и биоинспирированных вычислительных систем.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.