В условиях современного мира, где потребность в электрической энергии постоянно растет, суперконденсаторы играют ключевую роль. Они идеально подходят для стабилизации энергосетей, эффективно заменяя громоздкие буферные генераторы, а также находят применение в системах рекуперации энергии в электродвигателях. Кроме того, такие устройства могут стать надежными источниками резервного питания для электроники или энергозависимой памяти. Главным препятствием для массового внедрения остается стоимость, однако исследователям из Германии удалось совершить прорыв в этом направлении.
Команда ученых из Технического университета Гамбурга под руководством Василия Артёмова представила разработку под названием Blue Capacitor. Исследователи доказали, что обычная чистая вода может выступать в роли эффективного электролита, если поместить ее в нанометровые каналы глинистых минералов. В отличие от традиционных аккумуляторов и суперконденсаторов, где часто применяются сложные химические соединения, кислоты или соли, данная система опирается на три максимально доступных компонента: воду, глину и углерод в виде графена. Результаты научной работы уже опубликованы в издании Nature Communications.
Ключ к успеху кроется в физических свойствах воды внутри каналов шириной около 1 нм — это примерно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. В столь стесненных условиях молекулы воды меняют свое поведение: из-за жесткого ограничения стенками глинистой структуры меняются электрические характеристики жидкости. Вода приобретает способность эффективно переносить заряд без необходимости в каких-либо химических добавках. В этой связке графен выполняет роль высокопроводящего материала для электродов, а глина служит каркасом для создания сети микроскопических каналов.
Лабораторные испытания показали впечатляющие результаты: Blue Capacitor сохранил полную работоспособность после более чем 60 000 циклов заряда и разряда, удерживая напряжение на уровне 1,6 В. Для систем, использующих чисто водный электролит, это стало рекордным показателем. В случае масштабирования технологии до коммерческого уровня, человечество может получить экологически чистые и доступные решения для накопления энергии в солнечной и ветровой энергетике, а также во всей отрасли промышленной электротехники.
