Ioner i smeltede salte kan gå imod strømmen

I en ny artikel offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Kommunikationskemi , en forskergruppe ved Uppsala Universitet viser, ved hjælp af computersimuleringer, at ioner ikke altid opfører sig som forventet. I deres forskning i smeltede salte, de kunne se det, i nogle tilfælde, ionerne i saltblandingen, de studerede, påvirker hinanden så meget, at de måske endda bevæger sig i den "forkerte" retning - dvs. mod en elektrode med samme ladning.

Forskning i næste generations batterier er i gang inden for adskillige akademiske discipliner. Forskere ved Institut for Celle- og Molekylærbiologi, Uppsala Universitet har udviklet og undersøgt en model for alkalihalogenider, hvoraf almindeligt bordsalt (natriumchlorid) er det mest kendte eksempel. Hvis disse stoffer opvarmes til flere hundrede grader celsius, de bliver til elektrisk ledende væsker kendt som 'smeltede salte'. Smeltede salte bruges allerede i energisammenhænge:til koncentreret solenergi i Sahara-ørkenen og som elektrolytter i smeltede saltbatterier, der kan bruges til storskala lagring af elektricitet.

På trods af deres udbredte brug, nogle af det smeltede salts grundlæggende egenskaber er endnu ikke fuldt ud forstået. Når det kommer til batterier, optimering af ledningsevne er et hyppigt mål. For at producere et batteri, der er så effektivt som muligt, Det er vigtigt at vide, hvad der sker med individuelle ioner. Det er, hvad Uppsala-forskerne nu undersøger med deres simuleringer.

"I det lange løb, Formålet med denne forskning er at udvikle fysiske modeller for biologiske molekyler. Men disse salte er relativt enkle og udgør en god testseng, " siger professor David van der Spoel, gruppelederen for modelleringsprojektet.

Imidlertid, forskernes simuleringer viser, at saltene ikke er så simple, som de kan se ud ved første øjekast, og at de har nogle interessante egenskaber, især hvis forskellige alkalihalogenider blandes sammen.

I en forenklet teori, ioner, der bevæger sig i et elektrisk felt (for eksempel i et batteri), interagerer ikke med hinanden og påvirkes udelukkende af det elektriske felt. I deres nyligt offentliggjorte undersøgelse, forskerne kunne påvise, at dette ikke altid er sandt. Undersøgelsen viser, hvordan i en blanding af lithiumioner med ioner af fluorid, chlorid og iodid, de lettere anioner, fluor og klorid, bevæge sig mod den negative katode sammen med lithium-ionerne i en (simuleret) batterielektrolyt.

"De negative ioner tiltrækkes både af lithium-ionerne og af den positive anode, og nettoeffekten af ​​disse kræfter får de lettere anioner til at bevæge sig langsomt mod katoden, da de positive lithium-ioner også bevæger sig i den retning, " siger den første forfatter til undersøgelsen, Marie-Madeleine Walz.

I deres fortsatte forskning, gruppen vil udvikle en vandmodel til at studere samspillet mellem vandmolekyler og ioner. Deres undersøgelse vil omfatte, for eksempel, hvordan ioners egenskaber påvirkes af et elektrisk felt, når der er vand i blandingen.