de.wedoany.com-Bericht: Reines Wasser zeigt die Fähigkeit, elektrische Energie in nanometergroßen Tonkanälen zu speichern, was neue Ansätze für die Entwicklung innovativer Energiespeichertechnologien eröffnet. Ein Forschungsteam der Hamburg University of Technology nutzte dieses Prinzip und entwickelte einen Superkondensator namens „Blue Capacitor“ (Blauer Kondensator), der reines Wasser als Elektrolyt zur Ladungsträgerübertragung verwendet.
Reines Wasser gilt gemeinhin als schlechtes Energiespeichermedium, da Batterien und Superkondensatoren in der Regel chemische Mischungen aus Salzen, Säuren oder flüchtigen organischen Lösungsmitteln benötigen, um elektrisch leitfähig zu sein. Dr. Vasily Artemov vom Exzellenzcluster „BlueMat – Water-Driven Materials“ der Hamburg University of Technology erklärte, das Ziel der Forschung sei die Entwicklung sichererer und nachhaltigerer Energiespeichertechnologien auf Basis reichlich vorhandener Materialien, anstatt auf komplexe Verbindungen angewiesen zu sein. Das Forschungsteam verwendete ein Material aus einer Mischung von Tonmineralien und Graphen (einem hochleitfähigen, ultradünnen Kohlenstoffmaterial), um eine dichte Labyrinthstruktur aus Millionen paralleler Kanäle aufzubauen. Jeder Kanal ist nur einen Nanometer breit. Reines Wasser wird in diesen mikroskopisch kleinen Kanälen eingeschlossen, wodurch sich sein grundlegendes Flüssigkeitsverhalten ändert. Die Vorrichtung besteht vollständig aus den drei häufigsten natürlichen Materialien der Erde – Wasser, Ton und Kohlenstoff.
In Leistungstests zeigte dieses Konzeptnachweisgerät vielversprechende Ergebnisse. Nach über 60.000 Lade-Entlade-Zyklen wies der Blue Capacitor noch immer keine Leistungsabnahme auf. Darüber hinaus erreicht seine Betriebsspannung bis zu 1,6 Volt, was für wasserbasierte Systeme, die normalerweise bei niedrigeren Spannungen in Wasserstoff und Sauerstoff zerfallen, eine sehr hohe Spannungsschwelle darstellt. Der Erstautor der Studie wies darauf hin, dass dieses Gerät Energie effizient speichern und freisetzen kann, bei relativ hoher Spannung in wasserbasierten Systemen arbeitet und eine außergewöhnliche Zyklenstabilität aufweist.
Um dieses Phänomen zu beobachten, nutzte das Forschungsteam PETRA III am DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), einem der leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger-Forschungszentren der Welt. Professor Patrick Huber, Koautor der Studie, erklärte, dass nur mit der leistungsstarken Röntgenquelle von PETRA III die ultradünnen Schichten einzelner Wasserfilme in der Tonstruktur beobachtet werden konnten.
Der „Blue Capacitor“ ist ein Superkondensator, der Energie durch Ladungstrennung und nicht durch chemische Reaktionen speichert, was ihm schnelle Lade- und Entladefähigkeiten sowie eine lange Lebensdauer verleiht. Die Forscher sind der Ansicht, dass dieser ungiftige, nicht brennbare Kondensator, obwohl es noch Jahre bis zur kommerziellen Anwendung dauert, potenzielle Anwendungen bei der Steuerung erneuerbarer Energien wie Solar- und Windkraft, der Stabilisierung von Stromnetzen und der Stromversorgung von Geräten, die schnelles Laden und Entladen erfordern, hat. Darüber hinaus ebnet die Entdeckung auch den Weg für wasserbasierte Nanosensoren und das Gebiet der biomimetischen Informatik. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
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