El equipo de investigación liderado por el doctor Vasily Artemov del Cluster de Excelencia "BlueMat—Water-Driven Materials" de la Universidad Tecnológica de Hamburgo ha demostrado que el agua pura puede funcionar como electrolito activo en un dispositivo práctico de almacenamiento de energía, según un estudio publicado en la revista Nature Communications.

"Nuestro objetivo es desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía más seguras y sostenibles basadas en materiales abundantes en lugar de compuestos químicos complejos", dijo Artemov según la publicación.

El dispositivo está construido enteramente con tres de los materiales más abundantes de la Tierra: agua, arcilla y carbono. Tradicionalmente, las baterías y supercondensadores han requerido un cóctel químico de sales añadidas, ácidos o solventes orgánicos volátiles para conducir electricidad, ya que el agua pura ha sido considerada un medio terrible para almacenar energía.

La clave del avance radica en la nanoconfiguración del sistema. Los minerales de arcilla fueron mezclados con grafeno, una forma ultrafina y altamente conductiva de carbono. Esta combinación forma un denso laberinto de millones de canales paralelos, cada uno midiendo apenas un nanómetro de ancho, aproximadamente 100.000 veces más delgado que un cabello humano, según la investigación.

Al confinar el agua dentro de estos canales microscópicos, el equipo logró alterar el comportamiento fundamental del líquido. "Nuestros resultados muestran que el agua nanoconfinada puede servir como electrolito activo en un dispositivo práctico de almacenamiento de energía", señaló Artemov.

Para visualizar este fenómeno a escala nanométrica, los investigadores utilizaron PETRA III en DESY, uno de los centros de investigación con aceleradores de partículas más potentes del mundo. "Solo con la brillante fuente de rayos X PETRA III de DESY pudimos visualizar las láminas ultrafinas de películas individuales de agua dentro de las estructuras de arcilla", dijo el profesor Patrick Huber, coautor del estudio, según la fuente.

El Capacitor Azul es un supercondensador, un tipo de tecnología de almacenamiento de energía que guarda energía separando cargas eléctricas en lugar de mediante reacciones químicas. Este mecanismo permite capacidades de carga y descarga rápidas, junto con vidas operativas excepcionalmente largas.

En pruebas rigurosas de laboratorio, el dispositivo demostró resultados prometedores. El Capacitor Azul sobrevivió más de 60.000 ciclos de carga y descarga sin degradarse, según el estudio. Además, operó a voltajes de hasta 1,6 voltios, un umbral excepcionalmente alto para cualquier sistema basado en agua, que típicamente se descompone en gases de hidrógeno y oxígeno a voltajes mucho más bajos.

"El dispositivo almacena y libera energía de manera eficiente, opera a un voltaje comparativamente alto para un sistema basado en agua, y permanece estable durante decenas de miles de ciclos de carga", añadió el autor principal.

Aunque las aplicaciones comerciales aún están a años de distancia, las implicaciones de un condensador no tóxico e incombustible son significativas. El sistema ofrece un camino prometedor para el almacenamiento futuro de energía, con aplicaciones potenciales que incluyen la gestión de energía renovable proveniente de fuentes solares y eólicas, la estabilización de redes eléctricas y la alimentación de dispositivos que requieren ciclos de carga rápidos y frecuentes, según la investigación.

Según Artemov, comprender las propiedades inesperadas a nanoescala de una sustancia familiar abre la puerta al desarrollo de aplicaciones tecnológicas completamente nuevas. Más allá de la energía verde, el descubrimiento abre posibilidades para sensores a nanoescala basados en agua y computación bioinspirada.

El avance representa un cambio fundamental en cómo se entiende el comportamiento del agua a escala nanométrica y su potencial para aplicaciones tecnológicas. Al utilizar materiales naturalmente abundantes y eliminar la necesidad de compuestos químicos peligrosos o volátiles, el Capacitor Azul podría contribuir al desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía más seguros y sostenibles en el futuro.