德國漢堡科技大學研發新型水基電容器 實現 6 萬次充電循環無降解

研究顯示，純水可儲存電能。德國漢堡科技大學的一項新研究揭示，將水困在納米級的粘土通道內，可以製造出一種能夠高效儲存和轉移電荷的超級電容器。這項技術使用純水作為電解質來攜帶電荷，該系統被稱為「藍色電容器」。漢堡科技大學「藍色材料—水驅動材料」卓越集羣的阿爾特莫夫博士表示：「我們的目標是開發基於豐富材料的更安全和可持續的能源儲存技術，而不是複雜的化學化合物。」他補充道：「該設備高效地儲存和釋放能量，在水基系統中運行於相對較高的電壓下，並且在數萬次充電循環中保持穩定。」

納米級通道純水通常被認為是一種劣質的能源儲存介質。電池和超級電容器一直需要添加鹽、酸或揮發性有機溶劑等化學混合物來導電，沒有這些物質，能源儲存便無法進行。然而，研究團隊試圖通過其功能性「藍色電容器」技術來改變這一現狀。該能源儲存設備完全由三種地球上最豐富的天然材料製成：水、粘土和碳。該系統經過工程設計，使純水能夠被限制在微觀通道內，從而改變液體的基本行為。

藍色電容器提供一種新型的能源儲存解決方案

這些粘土礦物與石墨烯混合在一起，石墨烯是一種導電性極高的超薄碳形式。這些材料結合後形成了數百萬條平行通道的密集迷宮。每個通道寬僅一納米，大約是人類頭髮的十萬分之一。阿爾特莫夫指出：「我們的結果顯示，納米限制的水可以作為實用能源儲存設備中的活性電解質。」為了實際觀察這一現象，團隊不得不比以往任何人都更仔細地觀察。他們利用位於 DESY 的 PETRA III，這是全球最強大的粒子加速器研究中心之一。

漢堡科技大學的霍伯教授表示：「只有憑藉 DESY 的優秀 X 射線源 PETRA III，我們才能夠可視化粘土結構內部的超薄個別水膜。」這種新設備是一種超級電容器，這是一種通過分離電荷而非化學反應來儲存能量的技術。由於這種機制，超級電容器具備快速充放電的能力，並且擁有極長的使用壽命。在測試中，藍色電容器的概念證明顯示了令人鼓舞的結果。在嚴格的實驗室測試中，藍色電容器在超過 60,000 次充放電循環中未出現降解。

此外，它的運作電壓高達 1.6 伏特，這對於任何水基系統來説都是異常高的電壓閾值，通常在較低電壓下便會分解成氫氣和氧氣。

雖然商業應用仍需數年時間，但無毒、不可燃的電容器的意義重大，為未來的能源儲存提供了有前景的方向。潛在應用包括管理來自太陽能和風能的可再生能源、穩定電網，以及為需要快速、頻繁充電循環的設備供電。阿爾特莫夫研究人員表示，理解一種熟悉物質的意外納米級特性，為新技術的發展打開了大門。除了綠色能源外，這一發現也為水基納米級傳感器和仿生計算提供了可能性。該研究結果已發表於《自然通訊》期刊。