Wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben voor het eerst rechtstreeks waargenomen hoe watermoleculen in de buurt van een metalen elektrode bewegen. De bevinding, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om batterijen en andere elektrochemische apparaten te ontwerpen.

Water is een polair molecuul, wat betekent dat het een positief uiteinde en een negatief uiteinde heeft. Wanneer watermoleculen zich in de buurt van een metalen elektrode bevinden, wordt het positieve uiteinde van het molecuul aangetrokken door de negatieve elektrode, terwijl het negatieve uiteinde van het molecuul wordt afgestoten. Hierdoor ontstaat een laag watermoleculen die zijn georiënteerd met hun positieve uiteinden naar de elektrode gericht.

De dikte van deze laag watermoleculen is cruciaal voor de prestaties van elektrochemische apparaten. Als de laag te dik is, kunnen er ionen tussen de elektrode en de elektrolyt stromen, wat de efficiëntie van het apparaat kan verminderen. Als de laag te dun is, kan dit leiden tot corrosie van de elektrode.

De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd scanning tunneling microscopie (STM) om de watermoleculen in de buurt van een metalen elektrode in beeld te brengen. STM is een krachtig hulpmiddel waarmee wetenschappers atomen en moleculen op het oppervlak van een materiaal kunnen zien.

De onderzoekers ontdekten dat de laag watermoleculen nabij de elektrode ongeveer één nanometer dik was. Deze laag was dikker dan de onderzoekers hadden verwacht en suggereert dat watermoleculen sterker aangetrokken worden door metaalelektroden dan eerder werd gedacht.

De bevinding kan gevolgen hebben voor het ontwerp van batterijen en andere elektrochemische apparaten. Door te begrijpen hoe watermoleculen in de buurt van metalen elektroden bewegen, kunnen wetenschappers mogelijk apparaten ontwerpen die efficiënter zijn en langer meegaan.