В обществе, где электричество используется повсеместно, суперконденсаторы играют ключевую роль. Они помогают выравнивать работу энергосетей, заменяя буферные генераторы, дают возможность применять рекуперацию в системах с электромоторами и могут выступать в качестве резервных источников питания для маломощной электроники или компьютерной памяти. Таких устройств требуется много, и их стоимость не должна быть запредельной — именно в этом направлении добились успеха немецкие исследователи.
Источник изображения: Martin Künsting
Коллектив учёных из Технического университета Гамбурга (Technische Universität Hamburg) во главе с Василием Артёмовым продемонстрировал, что обычная чистая вода способна выполнять функцию электролита в суперконденсаторе, если её разместить в нанометровых каналах глинистых минералов. Эта инновация получила название Blue Capacitor. В отличие от традиционных аккумуляторов и суперконденсаторов, где нередко применяются соли, кислоты или иные химические электролиты, новая система основана на трёх легко доступных компонентах: воде, глине и углероде в виде графена. Результаты исследования опубликованы в Nature Communications.
Суть открытия заключается в том, что вода, находящаяся в каналах шириной примерно 1 нм, ведёт себя не так, как в обычном объёме. Эти каналы приблизительно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Внутри них молекулы воды оказываются настолько стеснены стенками глинистой структуры, что это изменяет её электрические характеристики: вода начинает эффективно переносить заряд без необходимости добавлять соли или кислоты. Графен в данной системе используется как высокопроводящий углеродный материал для стандартных электродов, а глина формирует множество тончайших водных каналов.
В ходе лабораторных испытаний Blue Capacitor продемонстрировал стабильную работу после более чем 60 000 циклов зарядки и разрядки, сохраняя напряжение до 1,6 В — это рекордный показатель для электролита на основе чистой воды. Если технологию удастся довести до коммерческого использования, можно ожидать появления экологически безопасных решений для стабилизации солнечной и ветровой энергетики, а также для электротехники в целом.
