在严苛的实验室测试中，“蓝色电容器”在超过60,000次充放电循环后依然没有性能衰减。

事实证明，纯水也能够储存电能。

德国汉堡工业大学的一项新研究揭示，将水封存于纳米尺寸的黏土通道中，能够制成一种超级电容器，可高效储存和转移电荷。

在这项工作中，纯水被用作传输电荷的电解质。这一系统被命名为“蓝色电容器”。

“我们的目标是，基于丰富的材料而非复杂的化合物，开发出更安全、更可持续的储能技术，”汉堡工业大学“蓝材——水驱动材料”卓越集群的瓦西里·阿尔乔莫夫博士说。

“该器件能够高效地储存和释放能量，在基于水的系统中以相对较高的电压运行，并在成千上万次充电循环中保持稳定，”该研究的第一作者补充道。

纳米级通道

纯水通常被视为一种极差的储电介质。为了导电，电池和超级电容器一直都需要添加由盐、酸或挥发性有机溶剂组成的化学混合物。没有这些添加剂，能量储存就无从谈起。

但研究团队试图通过其功能性的“蓝色电容器”技术改变这一点。这是一个完全由地球上三种最丰富、天然存在的材料制成的储能装置：水、黏土和碳。

该系统通过将纯水约束在微观通道内，从而改变了液体的基本行为。

他们将黏土矿物与石墨烯（一种高导电、超薄的碳材料）混合。结合后，这些材料形成了由数百万条平行通道构成的致密迷宫。每条通道的宽度仅为一纳米，大约比人的头发丝细十万倍。

“我们的研究结果表明，纳米限域水可以作为实用储能装置中的活性电解质，”阿尔乔莫夫指出。为了实际观察到这一现象，团队必须进行几乎前所未有的细致观察。他们利用了德国电子同步加速器（DESY）的PETRA III，这是世界上最强大的粒子加速器研究中心之一。

“只有借助DESY卓越的X射线源PETRA III，我们才能够可视化黏土结构中一层层超薄的水膜，”该论文的合著者帕特里克·胡贝尔教授说。

严苛的测试

这种新器件是一种超级电容器，它是一种通过分离电荷而非通过化学反应来储存能量的储能技术。基于这一机制，超级电容器具备快速充放电能力以及极长的工作寿命。

在测试中，这一概念验证展示出令人鼓舞的结果。

在严苛的实验室测试里，“蓝色电容器”挺过了60,000多次充放电循环而无衰减。此外，它能够在高达1.6伏的电压下工作。

这对任何基于水的系统来说都是一个极高的电压阈值，通常这类系统在低得多的电压下就会分解为氢气和氧气。

虽然商业应用尚需数年，但这种无毒、不可燃的电容器意义重大。

它为未来的储能提供了一条充满希望的道路。潜在的应用包括管理太阳能和风能等可再生能源、稳定电网，以及为需要快速、频繁充电循环的设备供电。

据研究人员阿尔乔莫夫所说，理解一种熟悉物质在纳米尺度上出人意料的特性，为开发全新的技术应用打开了大门。

除了绿色能源，这一发现还为基于水的纳米尺度传感器和仿生计算开辟了道路。

这项研究成果已发表在期刊《自然·通讯》上。

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