Čistá voda, jíly a grafen jsou receptem na nový superkondenzátor  
Vezměte jílové minerály s grafenem, které jsou protkané sítí nepatrných kanálků o průměru kolem jednoho nanometru. Naplňte kanálky vodou a získáte pozoruhodný superkondenzátor, v němž je elektrolytem jen a pouze čistá voda, která má díky nanometrovým kanálkům exotické vlastnosti.

Zní to šíleně, ale funguje to. Tým, který vedl Vasily Artemov z Technische Universität Hamburg (TUHH) prokázal, že je možné vyrobit funkční superkondenzátor (supercapacitor) uzavřením vody do nanometrových kanálků v jílových minerálech.

 

Superkapacitor z jílu, grafenu a vody. Kredit: Martin Künsting.
Superkapacitor z jílu, grafenu a vody. Kredit: Martin Künsting.

Na nové technologii je pozoruhodné především to, že jako elektrolyt, materiál zajišťující transport elektrického náboje, využívá samotnou vodu. Dnešní baterie a superkondenzátory obvykle spoléhají na přidané soli, kyseliny nebo jiné chemické elektrolyty. Nový systém naproti tomu funguje bez jakýchkoli přísad a je založen pouze na běžně dostupných přírodních materiálech, tedy vodě, jílu a uhlíku.

 

Vasily Artemov. Kredit: TUHH.
Vasily Artemov. Kredit: TUHH.

Tradiční baterie ukládají energii v podobě chemických reakcí, zatímco superkondenzátory energii uchovávají oddělováním elektrických nábojů. Díky tomu je lze velmi rychle nabíjet i vybíjet a často nabízejí dlouhou životnost.

 

Vědci nový systém nazvali „Blue Capacitor.“ Je založený na soustavě kanálků o průměru cca jeden nanometr, tedy asi stotisíckrát tenčí než lidský vlas. V takto extrémně stísněném prostoru získává voda exotické vlastnosti, které zlepšují pohyb elektrického náboje. Artemov s kolegy zkombinovali jílové minerály s grafenem tak, aby vznikla vrstevnatá struktura s miliony drobných kanálků zaplněných vodou. Voda uzavřená v nanometrových kanálcích může sloužit jako aktivní elektrolyt v praktickém zařízení pro ukládání energie.

 

Logo. Kredit: TUHH.
Logo. Kredit: TUHH.

Laboratorní testy potvrdily, že Blue Capacitor si udrží stabilní výkon i po více než 60 000 cyklech nabíjení a vybíjení. Zařízení navíc pracovalo při napětí až 1,6 voltu, což pro podobný systém poměrně vysoká hodnota. Experimenty probíhaly v zařízení PETRA III v německém výzkumném centru DESY, kde vědci díky mimořádně intenzivnímu rentgenovému zdroji PETRA III dokázali zobrazit ultratenké vrstvy jednotlivých vodních filmů uvnitř jílových struktur.

 

Technologie je zatím v plenkách, ale vypadá to slibně. Mohla by se uplatnit v solární a větrné energetice, v rozvodných sítích nebo v zařízeních, která vyžadují časté nabíjení a vybíjení. Použitý mechanismus s vodou v nanokanálcích, by ale mohl najít mnohem širší využití, například v pokročilých senzorech, biologicky inspirovaných systémech nebo v neuromorfních počítačích.

 

Video: PETRA III – protein crystallography

 

Literatura

TUHH 9. 6. 2026.

Nature Communications 17: 5014.

Datum: 14.06.2026
Tisk článku

Související články:

Zmačkaný grafen pro pružné superkapacitory budoucnosti     Autor: Stanislav Mihulka (07.10.2014)
Pálené cihly ve funkci superkondenzátorů a úložiště energie     Autor: Josef Pazdera (18.08.2020)
Cement se sazemi promění beton na prakticky využitelný superkapacitor     Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2023)



Diskuze:

rychlé ohledání chladného korpusu čl.

Josef Hrncirik,2026-06-20 21:49:16

suppl. info s.7 fig. s9 poměrně náročná příprava suspenze jílu: cca 10x opakované dispergace, sedimentační frakcionace, odstřeďování, lyofilizace, sorpce vody ... (?bez zjevné snahy minimalizovat velikost destiček jako důležité proměnné velikosti délky kanálků, interparticle water ..); fig 18 ? rychlost ři frekvence; ? plocha či mg/cm2; f 19 ? PVDF asi neporézní ? vliv na samo? vybíjení f 20 kapacita závisí na rychlosti a tl. f22 energy eff. jen 55% ? rychlost neuvedena; spec energy jen 2,5 Wh/kg ?? G= ? grafenu?? f 23 bez jasného vztahu k ůčinnosti či k gramáži či aspoň cm2 visí v luftu; f 26 grafen elda asi ?zbatečně tlustá; ?možná i jílová. Potenciál spád se klikatí příliř dlouhou cestou :malá intenzita pole oproti svitkovímu kondíku!! f 26 tragická ůč. při E více 1 V; f 28 shrnutí asi umožní dečifrovat vztahy k mA/CM2; NENÍ OPTIMISTICKÉ!! F 32 SOLI NIČÍ KAPACITU:??
tab 2 ? asi/cm2

Odpovědět

Nalejme se čistou vodou

Josef Hrncirik,2026-06-15 06:46:02

The device operates stably up to 1.6 ± 0.1 V, achieves specific capacitances of 40 F g−1, 97 ± 2% coulombic efficiency, and stable performance over more than 60,000 charge-discharge cycles at a voltage window of 1 V and a scan rate of 10 mA.

Při 1,7 V to dá max. 16 Wh/(kg černého bahna) a max 17 W/kg téhož.

Dá se v tom pěstovat konopí nebo aspoň rýže?

Odpovědět


Re: určo = to bez vodného,

Josef Hrncirik,2026-06-15 07:55:15

stočného, separátorů svůdných elektrod a kýstny na suché prachy.

Odpovědět


po koupi grafenu zbylo

Josef Hrncirik,2026-06-15 07:57:25

jen na dešťovku bez DPH

Odpovědět


Re: Nalejme se čistou vodou

F M,2026-06-15 12:04:48

Jak moc musí být vyčištěný extrémně čistý jíl?
Zajímavý je ten odklad elektrolýzy až k těm 1,6V. Myslím, že se radši drží od této hranice a proto píší přibližně 10Wh/kg.
Nenašel jsem nic o udržení náboje, jde o superkondenzátor ne baterii, ale orientační hodnota (aspoň řád) by se hodila znát i tak.
Jak velký je podíl grafenu v kondenzátoru, grafen je počin značně neekologický s obrovskou uhlíkovou stopou, pokud je ho zde 20% (v grafu rychle klesá s klesajícím podílem) tak to moc dobře vyjít nemůže. Tedy pokud by to někdo chtěl stavět ve velkém k vyrovnávání špiček z OZE. Těch 20% se myslí celé té hmoty (elektrody) s ničím jiným se zde nepočítá (tedy nenašel jsem)?

Po nahrazení čisté vody hydroponickým roztokem, by zřejmě něco prospívalo, záleží na velikosti těch grafenů. Cena hypotetické rýže zralá na hypotéku, bude dána jak cenou toho grafenu tak občasně zvyšovanou extrémní cenou té elektrické energie.

Nepodařilo se vám něco najít k tomu článku s kerosinem (?), nevím nakolik je tam ta kataklyzmatická smrt permanentní, nebo jak jim to umře a trochu jsem to tam sprznil.

Odpovědět


Re: Re: Nalejme se čistou vodou

Josef Hrncirik,2026-06-15 14:20:08

Buy an article!
Read 169 pages of Supplemental information!!
Vyprovokuj AI ke konverzaci dopisud zdarma!!!

Odpovědět


Re: Re: Nalejme se čistou vodou

Luděk Horáček,2026-06-16 07:04:56

Za mlada jsem pracoval v továrně na grafen.
Dnes je ze mě kapacita.

Odpovědět


Re: Nalejme se čistou vodou

Petr Nováček,2026-06-17 08:45:52

16 Wh/(kg černého bahna) se zdá jako málo, ale prodávané baterie mají pouze 10x takovou kapacitu, například 160 Wh/kg. Záleží na ceně, kdyby byla celá baterie levnější, tak je jedno, že váží 10x tolik. Navíc píší o superkondenzátoru, tzn. řádově rychlejší vybíjení a nabíjení baterie.

Odpovědět


Re: Re: Nalejme se čistou vodou

F M,2026-06-17 22:11:11

Oni píší přes 10, víc už je to na hraně a jde to pomalu do šípku (ta elektrolýza).
Nebude levnější, nejspíš ani za 1kg, takže na kapacitu násobně drahý (a výš, záleží na tom jaký je třeba ten grafen, AI dí vyšší čísla spíše desetinásobek a víc pro baterie), ani to zpracování toho jílu do kondenzátoru nebude levné. Chtějí toho grafenu 20 (optimálně 35)%, tedy levné to bude snad až bude levný vodivý grafen vhodný pro elektrody.
Tohle se může klidně za pár hodin vybít, tipl bych nejméně nižší desítky ztráty procent denně (nepíší). Využití superkapacitorů není v dlouhodobém udržení, ale v té rychlosti ke krytí špiček.

A efektivita je dle grafu obr.5d necelých 60%, ale až po zhruba 10tisici cyklech do té doby je nižší než 50%. Ten graf je vůbec podivný, oboje i ta kapacita se jim roste (což je ok) a stabilizuje se na ta čísla až po cca 20k cyklech (což už mě tak ok nepřijde). Tedy pro těch 1,6V.

Odpovědět


Re: Re: Re: Nalejme se čistou vodou

Josef Hrncirik,2026-06-20 20:48:08

to AI: ?prakticky využitelná hustota energie nabitého dielektrika kondenzátoru; vakum;plyn; kapaliny;polymer

?Maximální prakticky využitelná hustota energie
u elektrostatických kondenzátorů je určena vztahem, kde je mezní elektrická pevnost a relativní permitivita. Zdrojem pro miniaturizaci je především vysoká hodnota mep, jelikož hustota energie roste s druhou mocninou napětí. Zde jsou konkrétní hodnoty a vlastnosti jednotlivých typů dielektrik: Vlastnosti: Plynné dielektrikum vykazuje permitivitu blízko (jako vakuum=1 mJ/ml). Zvýšením tlaku (např. hexafluoridem síry) nebo vakuováním lze zvýšit elektrickou pevnost. Využívá se hlavně v obřích pulzních a výkonových kondenzátorech, avšak hustota energie je na jednotku objemu nízká. až 50 mJ
Běžné kapalné dielektrikum (např. transformátorový olej nebo syntetické estery až 500 mJ) k impregnaci papírových či polymerních kondenzátorů, čímž se zamezuje průrazu plynem a dochází k výraznému vzrůstu kapacity i elektrické pevnosti
Polymery efektivně zachovávají rychlost nabíjení. RSC Publishing +5;
• BOPP (Biaxially Oriented Polypropylene): Standardní průmyslový materiál. Relativní permitivita \(\varepsilon_r \approx 2{,}2\), elektrická pevnost až \(700 \text{ MV/m}\). Praktická hustota energie činí zhruba \(2 \text{ až } 5 \text{ J/cm}^3\).
• Pokročilé polymery (např. PVDF kopolymery): Díky vyšší polarizaci vykazují \(\varepsilon _{r}\) až okolo \(10\).

Pokud vás zajímá konkrétní aplikace, mohu vám doporučit ideální materiál pro vysoce teplotní prostředí nebo porovnat polymery s keramickými kondenzátory. Jaké provozní napětí a kapacitu od svého kondenzátoru požadujete?
Odpovědi od umělé inteligence můžou obsahovat chyby. Další informace
11 webů
• Ultra-high energy density integrated polymer dielectric ...
Abstract. Flexible dielectric polymers with high energy storage density are needed for film capacitor applications including hybri...


RSC Publishing
• Progress on Polymer Dielectrics for Electrostatic Capacitors ... - PMC
* Introduction. Electrostatic capacitor, also known as dielectric capacitor, is a kind of energy storage device, which is attracti...

National Institutes of Health (.gov)
• Polymer-based materials for achieving high energy density ...
electronic circuits, analog filter networks, resonant circuits, and high-voltage power transmission systems. 2, 3 As important pas...

?kolik J/ml lze mít v nabitém elytu superkapacitoru s akt. uhlím či grafenem
:V nabitém superkapacitoru (EDLC) se objemová hustota energie běžně pohybuje mezi 15 až 360 J/ml (J/cm³) v závislosti na použitém materiálu elektrod a typu elektrolytu.
Na rozdíl od klasických dielektrických kondenzátorů se zde energie neukládá v samotném čistém kapalném elektrolytu, ale na fázovém rozhraní mezi vysoce porézní uhlíkovou elektrodou nasáklou elektrolytem a ionty (tzv. elektrická dvojvrstva).
Hodnoty reálné praktické hustoty energie (přepočtené z jednotek , kde
) se dělí podle technologické úrovně:
1. Aktivní uhlí (Aktivované saze / AC) – Komerční standard
• Vodný elektrolyt (např. ): až Vodný elektrolyt (např. \(\text{KOH}\), \(\text{H}_2\text{SO}_4\)): \(\approx 10\) až \(18 \text{ J/ml}\) (cca \(3–5 \text{ Wh/L}\))
(cca Nízké napětí (do 1,5 V) kvůli rozkladu vody limituje hustotu energie, i když má elektrolyt vysokou vodivost?!§.
• Organický elektrolyt (např. acetonitrile + Průmyslový standard pro většinu běžných superkapacitorů. Vyšší napěťové okno zvyšuje celkovou uloženou energii. National Institutes of Health (.gov) +2
2. Grafen – Špičkové laboratorní a pokročilé systémy
• Organické elektrolyty: (tž 150 J). Grafen zabraňuje ucpávání pórů, nabízí enormní aktivní povrch a skvělou vodivost.
• Iontové kapaliny (Ionic Liquids - IL): (až 360 J). Jde o čisté tekuté soli bez rozpouštědla s extrémní napěťovou stabilitou (až přes ? 4V). V kombinaci se speciálně upraveným grafenem (který SE neslepUnJe a drží si ideální nanostrukturu) dosahují tyto systémy v laboratořích hustoty energie blížící se olověným či NiMH akumulátorům. National Institutes of Health (.gov) +3
Proč je u superkapacitoru zásadní kombinace materiálu a elytu?
• Plocha vs. objem: Aktivní uhlí má obrovský specifický povrch na gram, ale nízkou sypnou hustotu (obsahuje moc "hlučCnHého" prázdného prostoru). Grafenové makrostruktury dokážou ionty poskládat mnohem hustěji. prim: Jelikož energie roste s kvadrátem napětí, přechod z vodného elytu () na iontovou kapalinu () zvětší hustotu energie až 16násobně při zachování stejné kapacity elektrod.

Pokud plánujete konkrétní zapojení, můžeme se podívat na to, zda
je pro vás výhodnější organický elektrolyt kvůli nízkému vnitřnímu odporu (ESR), nebo iontová kapalina pro maximální kapacitu. Jaké jsou vaše požadavky na rychlost vybíjecího proudu a pracovní teploty?

:• An Ultra-High-Energy Density Supercapacitor; Fabrication ...
Abstract. Present state-of-the-art graphene-based electrodes for supercapacitors remain far from commercial requirements in terms ...

National Institutes of Health (.gov)
• Towards ultrahigh volumetric capacitance: graphene derived ...
17. 10. 2013 — Here we report a novel close-grained graphene-based macroassembly that balances these two opposing characteristics. They have a po...


Nature
• Graphene-based supercapacitor materials deliver 85 ...
1. 12. 2021 — Activated Carbon. A detailed literature review indicates that further progress to higher power density and energy density devices ...

?proč nevítězí ? titaničitany s obřími diel. konstantami

:Kondenzátory na bázi titaničitanů s obří dielektrickou konstantou (CCTO či dopovaný ? s
) v praxi nevítězí, protože vykazují extrémně nízkou elektrickou pevnost, obrovské dielektrické ztráty a silnou teplotní a napěťovou nelinearitu.
I když teoreticky obří permitivita slibuje převratnou hustotu energie, reálná prakticky využitelná hustota energie je kvůli fyzikálním kompromisům často mnohem nižší než u běžných polymerů.
Zde jsou klíčové důvody, proč tyto materiály v energetických aplikacích selhávají:
1. Nízká elektrická pevnost ()
• Fyzikální limit: Hustota energie závisí na permitivitě lineárně, ale na elektrické pevnosti s druhou mocninou ().
• Realita titaničitanů: Materiály s obří dielektrickou konstantou (např.
– CCTO) dosahují vysokého ? kvůli vnitřním bariérám na hranicích zrn (tzv. IBLC efekt). Tyto mikroskopické bariéry se však při relativně nízkém napětí prorazí. Jejich elektrická pevnost bývá často pod ?
, zatímco polymery (BOPP) snesou bez problému přes
.
2. Obrovské dielektrické ztráty ()
• Generování tepla: Materiály s obří permitivitou vykazují obrovský ztrátový činitel ( často až … i zpři nízkých frekvencích).
• Následek: Při nabíjení a rychlém vybíjení se většina dodané energie promění v teplo. Kondenzátor se začne extrémně zahřívat, což vede k termickému průrazu a destrukci součástky. Pro energetické pulzní systémy jsou takové ztráty nepřípustné.
3. Katastrofální napěťová nelinearita (Saturace)
• Ztráta kapacity pod napětím: Titaničitany jsou feroelektrika nebo vykazují silně nelineární chování. Jakmile na kondenzátor přiložíte provozní stejnosměrné napětí (DC bias), vnitřní dipóly se nasytí (saturují).
• Následek: Skutečná kapacita a při provozním napětí klesne až o 80–90 % oproti nominální hodnotě měřené při nulovém napětí. Slibovaná "obří" konstanta v nabitém stavu de facto zmizí.
4. Teplotní a frekvenční nestabilita
• Teplotní závislost: Obří permitivita je často vázána na úzké teplotní okno (fázový přechod). Při běžných provozních teplotách () kapacita drasticky kolísá.
• Frekvenční pád: S rostoucí frekvencí (např. ve spínaných zdrojích) nestíhají obří dipóly reagovat a efektivní permitivita padá o několik řádů dolů.
Přímé srovnání: Proč vyhrává polymer
Abychom viděli, proč vysoké samo o sobě nestačí, srovnejme reálný polymer s teoretickým kondenzátorem z obřího titaničitanu (CCTO):
Vlastnost Moderní polymer (BOPP) Obří titaničitan (CCTO)
Relativní permitivita ( (velmi nízká) (extrémní)
Elektrická pevnost (
(velmi nízká)
výpočet hustoty ()





Ztráty (

Typicky



(téměř nulové) Vysoké ( generuje teplo)
Z porovnání
jasně vyplývá, že nízká pevnost titaničitanu zcela vymaže výhodu jeho obří permitivity. Polymer díky schopnosti odolat obrovskému napětí uloží ve stejném objemu násobně více energie a navíc se nezahřívá.

:Kde naopak titaničitany vítězí?
Své uplatnění nacházejí tam, kde nepotřebujeme ukládat energii, ale potřebujeme miniaturní rozměry při velmi nízkém napětí (jednotky voltů):
1. MLCC kondenzátory (klasický) jako blokační kondenzátory přímo u procesorů v elektronice.
2. Filtrační obvody, kde nevadí vysoké ztráty, ale cení se kapacita na milimetr čtvereční plochy čipu.
Pokud vás zajímá, jak se vědci snaží tyto limity obejít, můžeme se podívat na nanokompozity (spojení polymeru pro pevnost a titaničitanu pro kapacitu) nebo na relaxační ferroelektrika.

Který z těchto směrů vás zajímá více?

Zkopírovat vše aby, se to NA TO vše ne Rozsypalo!§§

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz