In een nieuw artikel gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Communicatiechemie , een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Uppsala laat zien, met behulp van computersimulaties, dat ionen zich niet altijd gedragen zoals verwacht. In hun onderzoek naar gesmolten zouten, dat konden ze zien, in sommige gevallen, de ionen in het zoutmengsel dat ze bestudeerden, beïnvloeden elkaar zo sterk dat ze zelfs in de "verkeerde" richting kunnen bewegen - dat wil zeggen, naar een elektrode met dezelfde lading.

In tal van academische disciplines wordt onderzoek gedaan naar de volgende generatie batterijen. Onderzoekers van de afdeling Cel- en Moleculaire Biologie, Uppsala University heeft een model ontwikkeld en bestudeerd voor alkalihalogeniden, waarvan gewoon keukenzout (natriumchloride) het bekendste voorbeeld is. Als deze stoffen worden verhit tot enkele honderden graden Celsius, ze worden elektrisch geleidende vloeistoffen die bekend staan ​​als 'gesmolten zouten'. Gesmolten zouten worden al gebruikt in energiecontexten:voor geconcentreerde zonne-energie in de Sahara en als elektrolyten in gesmolten-zoutbatterijen die kunnen worden gebruikt voor grootschalige opslag van elektriciteit.

Ondanks het wijdverbreide gebruik, sommige basiseigenschappen van het gesmolten zout zijn nog niet volledig begrepen. Als het om batterijen gaat, het optimaliseren van de geleidbaarheid is een veelvoorkomend doel. Om een ​​zo efficiënt mogelijke batterij te produceren, weten wat er met individuele ionen gebeurt, is van vitaal belang. Dat onderzoeken de Uppsala-onderzoekers nu met hun simulaties.

"Op lange termijn, het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van fysische modellen voor biologische moleculen. Maar deze zouten zijn relatief eenvoudig en vormen een goed testbed, " zegt prof.dr. David van der Spoel, de groepsleider voor het modelleringsproject.

Echter, de simulaties van de onderzoekers laten zien dat de zouten niet zo eenvoudig zijn als ze op het eerste gezicht lijken, en dat ze een aantal interessante eigenschappen hebben, vooral als verschillende alkalihalogeniden met elkaar worden gemengd.

In een vereenvoudigde theorie, ionen die in een elektrisch veld bewegen (bijvoorbeeld in een batterij) hebben geen interactie met elkaar en worden alleen beïnvloed door het elektrische veld. In hun nieuw gepubliceerde studie, de onderzoekers konden aantonen dat dit niet altijd waar is. De studie laat zien hoe, in een mengsel van lithiumionen met ionen van fluoride, chloride en jodide, de lichtere anionen, fluoride en chloride, bewegen naar de negatieve kathode samen met de lithiumionen in een (gesimuleerde) batterij-elektrolyt.

"De negatieve ionen worden aangetrokken door zowel de lithiumionen als de positieve anode, en het netto-effect van deze krachten zorgt ervoor dat de lichtere anionen langzaam naar de kathode bewegen, aangezien de positieve lithiumionen ook in die richting bewegen, " zegt de eerste auteur van de studie, Marie Madeleine Walz.

In hun voortdurende onderzoek, de groep gaat een watermodel ontwikkelen om de interactie van watermoleculen met ionen te bestuderen. Hun onderzoek zal omvatten, bijvoorbeeld, hoe de eigenschappen van ionen worden beïnvloed door een elektrisch veld als er water in het mengsel zit.