Kan rent vatten lagra elektrisk energi? Ett forskarteam under ledning av dr Vasily Artemov vid spetsforskningsklustret ”BlueMat—Water-Driven Materials” vid Hamburgs tekniska universitet har nu visat att så är fallet. Genom att innesluta vatten i nanometerstora kanaler i lermineraler har forskarna skapat en superkondensator som effektivt kan lagra och transportera elektrisk laddning.
Det som gör upptäckten ovanlig är att den använder rent vatten som elektrolyt – det medium som transporterar elektrisk laddning. Dagens batterier och superkondensatorer är vanligtvis beroende av tillsatta salter, syror eller andra kemiska elektrolyter. Det nya systemet fungerar däremot utan sådana tillsatser och baseras enbart på rikligt förekommande, naturligt förekommande material: vatten, lera och kol.
”Vårt mål är att utveckla säkrare och mer hållbara energilagringstekniker baserade på rikligt förekommande material snarare än komplexa kemiska föreningar”, säger Artemov, huvudförfattare till artikeln publicerad i Nature Communications. ”Enheten lagrar och frigör energi effektivt, fungerar vid en relativt hög spänning för ett vattenbaserat system och förblir stabil under tiotusentals laddningscykler.”
Vatten i nanoskala
Den nya enheten tillhör en klass av energilagringstekniker som kallas superkondensatorer. Till skillnad från batterier, som lagrar energi genom kemiska reaktioner, lagrar superkondensatorer energi genom att separera elektriska laddningar. Som ett resultat kan de laddas och urladdas mycket snabbt och har ofta exceptionellt lång livslängd.
Forskarna kallar sitt system för ”Blue Capacitor”. Nyckeln till tekniken ligger i kanaler som är cirka 1 nanometer breda, vilket är ungefär 100 000 gånger tunnare än ett människohår. Inuti dessa små utrymmen uppvisar vattnet egenskaper som inte finns i vanligt vatten i större volymer, vilket gör att laddningen kan röra sig effektivt.
För att utnyttja denna effekt kombinerade forskarna lermineraler med grafen, en mycket ledande form av kol. Tillsammans bildar skikten miljontals små kanaler som fylls med vatten. ”Våra resultat visar att nanobegränsat vatten kan fungera som den aktiva elektrolyten i en praktisk energilagringsenhet”, säger Artemov.
Stabilt och hållbart
I laboratorietester upprätthöll Blue Capacitor en stabil prestanda under mer än 60 000 laddnings- och urladdningscykler. Enheten fungerade också vid spänningar på upp till 1,6 volt, ett relativt högt värde för ett vattenbaserat energilagringssystem. Forskarna ser detta som ett bevis på att de unika egenskaperna hos nanobegränsat vatten kan utnyttjas för praktiska tillämpningar.
Testerna genomfördes vid PETRA III-anläggningen vid DESY, ett av världens ledande centrum för forskning om och med partikelacceleratorer. ”Endast med DESY:s briljanta röntgenkälla PETRA III kunde vi visualisera de ultratunna skikten av enskilda vattenfilmer inuti lerstrukturerna”, tillägger professor Patrick Huber, medförfattare till artikeln.
Potentiella tillämpningar
Tekniken befinner sig fortfarande i ett tidigt utvecklingsskede, och ytterligare forskning kommer att behövas innan kommersiella tillämpningar blir möjliga. Forskarna tror dock att konceptet kan erbjuda en praktisk väg mot framtida energilagringstekniker. Möjliga framtida tillämpningar inkluderar lagring av förnybar energi från sol- och vindkraft, stöd för elnät samt strömförsörjning av enheter som kräver frekvent laddning och urladdning.
Utöver energilagring kan resultaten inspirera till nya tekniker som utnyttjar de ovanliga egenskaperna hos vatten på nanonivå, inklusive avancerade sensorer, bioinspirerade system och neuromorfisk databehandling. ”Vårt arbete visar att även en välbekant substans som vatten kan uppvisa oväntade egenskaper när den betraktas på nanonivå”, säger Artemov. ”Genom att förstå dessa egenskaper kan vi kanske utveckla helt nya tekniska tillämpningar.”
Publikationsuppgifter
Vasily Artemov et al, All-water supercapacitor enabled by 1-nm clay channels, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73924-1
