Обычная вода, как известно, не проводит электричество. Однако когда её «запирают» в каналы шириной всего один нанометр, она начинает вести себя совершенно иначе — и может служить электролитом в устройствах хранения энергии. Именно на этом принципе российские и международные учёные создали первый в своём роде полностью водный суперконденсатор, который потенциально безопаснее и экологичнее традиционных аналогов.
Исследователи собрали слоистую структуру из глины и проводящего графена. Между слоями образовались каналы толщиной около 1 нанометра. В этих узких пространствах вода ведёт себя не как обычная жидкость: её молекулы оказываются сильно упорядоченными, что резко повышает протонную проводимость. В результате вода сама становится рабочим электролитом — без добавления агрессивных солей или органических растворителей.
Устройство состоит всего из трёх компонентов: воды, глины и углерода. В лабораторных тестах такой суперконденсатор выдержал тысячи циклов заряд-разряд без заметной деградации характеристик. При этом он сохраняет высокую мощность и стабильность даже при длительной работе.
Почему это безопаснее и перспективнее
Традиционные суперконденсаторы и батареи часто используют горючие органические электролиты, которые могут воспламеняться при повреждении или перегреве. Новый подход полностью исключает эту проблему: в устройстве нет ничего легковоспламеняющегося. Кроме того, все материалы (вода, глина, углерод) дешёвые, доступные и экологически безопасные.
Такие наноразмерные каналы можно встраивать в гибкие или миниатюрные устройства. Потенциальные области применения — от портативной электроники и носимых гаджетов до систем резервного питания в промышленности и электромобилях, где безопасность и долговечность критичны.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, открывает путь к созданию нового поколения накопителей энергии, в которых главную роль играет обычная вода, «запертая» в нанометровых ловушках. Учёные уже отмечают стабильность и долговечность прототипов и планируют дальнейшую оптимизацию технологии для промышленного использования.
