Может ли чистая вода накапливать электрическую энергию? Исследовательская группа под руководством доктора Василия Артемова в рамках Кластера превосходства «BlueMat — Water-Driven Materials» Гамбургского технического университета теперь показала, что это возможно. Замкнув воду в нанометровых каналах в глинистых минералах, исследователи создали суперконденсатор, способный эффективно накапливать и транспортировать электрический заряд.

Что делает это открытие необычным, так это то, что в качестве электролита используется чистая вода — среда, передающая электрический заряд. Современные аккумуляторы и суперконденсаторы обычно используют добавленные соли, кислоты или другие химические электролиты. В отличие от этого, новая система работает без таких добавок и основана исключительно на обильных природных материалах: воде, глине и углероде.

«Наша цель — разработать более безопасные и устойчивые технологии хранения энергии на основе обильных материалов, а не сложных химических соединений», — говорит Артемов, ведущий автор статьи, опубликованной в Nature Communications. «Устройство эффективно накапливает и выпускает энергию, работает при сравнительно высоком напряжении для водных систем и остаётся стабильным на протяжении десятков тысяч циклов зарядки.»

Вода на наноуровне
Новое устройство относится к классу технологий хранения энергии, известных как суперконденсаторы. В отличие от аккумуляторов, которые накапливают энергию через химические реакции, суперконденсаторы накапливают энергию, разделяя электрические заряды. В результате их можно очень быстро заряжать и разрядить, и они часто имеют исключительно долгий срок службы.

Исследователи называют свою систему «Синим конденсатором». Ключ к технологии заключается в каналах шириной около 1 нанометра, что примерно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Внутри этих крошечных пространств вода обладает свойствами, отсутствующими в обычной объёмной воде, что позволяет заряду эффективно перемещаться.

Чтобы использовать этот эффект, исследователи объединили глинистые минералы с графеном — высокопроводящей формой углерода. Вместе слои образуют миллионы крошечных каналов, наполняющихся водой. «Наши результаты показывают, что наноконфицированная вода может служить активным электролитом в практическом устройстве для хранения энергии», — говорит Артемов.

Стабильный и долговечный
В лабораторных испытаниях Blue Capacitor поддерживал стабильную работу более чем на 60 000 циклов заряда и разряда. Устройство также работало при напряжении до 1,6 вольта, что является сравнительно высоким показателем для системы хранения энергии на водной основе. Исследователи рассматривают это как доказательство того, что уникальные свойства наноограниченной воды можно использовать для практических целей.

Испытания проводились на объектах PETRA III в DESY — одном из ведущих мировых центров исследований ускорителей частиц и с ними. «Только с помощью блестящего рентгеновского источника DESY PETRA III мы смогли визуализировать ультратонкие слои отдельных водных пленок внутри глинистых структур», — добавляет профессор Патрик Хубер, соавтор статьи.

Потенциальные применения
Технология всё ещё находится на ранней стадии разработки, и потребуется дальнейшее исследование, прежде чем коммерческое применение станет возможным. Однако исследователи считают, что эта концепция может предложить практический путь к будущим технологиям хранения энергии. Возможные будущие применения включают хранение возобновляемой энергии от солнечной и ветровой энергии, поддержку электросетей и питание устройств, требующих частой зарядки и разрядки.

Помимо хранения энергии, эти открытия могут вдохновить на новые технологии, использующие необычные свойства воды на наноуровне, включая передовые сенсоры, био-вдохновлённые системы и нейроморфные вычисления. «Наши исследования показывают, что даже знакомое вещество, такое как вода, может проявлять неожиданные свойства на наноуровне», — говорит Артемов. «Понимая эти свойства, мы можем разработать совершенно новые технологические приложения.»

Информация о публикации
Василий Артемов и др., Полностью водный суперконденсатор, обеспечиваемый глинистыми каналами диаметром 1 нм, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73924-1