维度网讯，汉堡工业大学（Technische Universität Hamburg）研究团队近日证明，通过将纯水封装在粘土矿物的纳米级通道内，可以高效储存和传输电荷。这一名为“蓝色电容器（Blue Capacitor）”的超级电容器系统，使用纯水作为电解质，完全基于天然且常见的材料：水、粘土和碳。

该研究由汉堡工业大学卓越集群“BlueMat – 水驱动材料（BlueMat – Water-Driven Materials）”的瓦西里·阿尔乔莫夫（Vasily Artemov）博士领导。与传统电池和超级电容器依赖添加的盐、酸或其他化学电解质不同，新系统无需此类添加剂。“我们的目标是开发更安全、更可持续的储能技术，这些技术基于常见的原材料而非复杂的化合物，”阿尔乔莫夫表示，“该系统能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工作，并在数万个充放电循环中保持稳定。”

超级电容器通过电荷分离储存能量，而非通过化学反应，因此能够非常快速地充放电并具有极长的使用寿命。蓝色电容器的核心技术在于宽度约为1纳米（约为人发丝直径的十万分之一）的通道。在这些微小空间内，水表现出普通水中不具备的特性，从而能够高效移动电荷。研究人员将粘土矿物与石墨烯（一种高导电性碳形式）结合，形成数百万个充满水的微小通道。“我们的结果表明，纳米结构中封装的水可以在实用的储能设备中作为活性电解质，”阿尔乔莫夫说。

在实验室测试中，蓝色电容器在超过60,000次充放电循环中表现出稳定的性能，并能在高达1.6伏的电压下工作，这对于基于水的储能系统而言是相对较高的值。实验在DESY（德国电子同步加速器研究中心）的PETRA III设施中进行。“DESY强大的X射线源PETRA III使我们能够观察到粘土结构中超薄单层水层的分布，”研究合著者帕特里克·胡贝尔（Patrick Huber）教授补充道。

该技术仍处于早期开发阶段，在商业应用前还需进一步研究。研究人员认为，这一概念可能为未来储能技术提供实用路径，潜在应用包括储存太阳能和风能等可再生能源、支持电网以及为需要频繁充放电的设备供电。此外，这些成果还可能催生利用纳米尺度下水异常特性的新技术，包括先进传感器、仿生系统和神经形态计算。“我们的工作表明，即使是水这样熟悉的物质，在纳米尺度下观察时也会展现出意想不到的特性，”阿尔乔莫夫说，“通过理解这些特性，我们或许能够开发出全新的技术应用。”

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