Een gezamenlijk onderzoek heeft nieuwe inzichten opgeleverd in hoe ionische vloeistoffen op kamertemperatuur (RTIL's) elektriciteit geleiden, die een grote potentiële impact kunnen hebben op de toekomst van energieopslag.

Het onderzoek richt zich op het debat rond het fysieke mechanisme van de elektrische geleidbaarheid van RTILs. Hun geladen positieve en negatieve organische ionen zorgen ervoor dat ze goede geleiders zijn, maar de geleidbaarheid lijkt paradoxaal. Hun hoge geleidbaarheid komt voort uit hun hoge dichtheid van geladen ionen in de vloeistof, maar deze dichtheid zou ook moeten betekenen dat de positieve en negatieve ionen dicht genoeg bij elkaar zijn om elkaar te neutraliseren, nieuwe maken, neutrale deeltjes die geen elektrische stroom kunnen verdragen. De modellering probeert te identificeren hoe de geleidbaarheid in RTIL's wordt gehandhaafd in het licht van deze tegenstrijdige factoren.

Bij het onderzoek was een internationale groep onderzoekers betrokken, waaronder professor Nikolai Brilliantov van de Universiteit van Leicester en geleid door professor Alexei Kornyshev van Imperial College London en professor Guang Feng van de Huazhong University of Science and Technology.

Onderzoekers werkten speciale numerieke methoden en theoretische benaderingen uit om de dynamiek van deeltjes in RTIL's te traceren. Ze ontdekten dat, meestal, positieve en negatieve ionen bevinden zich samen in neutrale paren of clusters, vormen een neutrale stof die geen elektriciteit kan geleiden. Van tijd tot tijd echter, positieve en negatieve ionen verschijnen paarsgewijs als geladen deeltjes in verschillende delen van de vloeistof, waardoor de vloeistof geleidend wordt.

Het ontstaan ​​van deze ionen wordt veroorzaakt door thermische schommelingen. Plotseling en willekeurig ontvangen de ionen een deel van de energie van de omringende vloeistof, wat hen helpt zichzelf te bevrijden uit de "gepaarde" neutrale staat en vrij geladen deeltjes te worden. Deze toestand is slechts tijdelijk, echter:na enige tijd, ze zullen terugkeren naar hun gepaarde neutrale staat als ze zich aansluiten bij een ander ion van tegengestelde lading.

Als dit gebeurt, een ander ionenpaar elders in de vloeistof splitst zich in vrij geladen deeltjes, daardoor de geleidbaarheid van de vloeistof en zijn elektrische stroom in stand houden in een soort van voortdurende "relaisrace" van ladingen. Dit is vergelijkbaar met het gedrag dat wordt waargenomen in kristallijne halfgeleiders, waar de positieve en negatieve ladingsdragers ook in paren verschijnen als gevolg van thermische fluctuaties. Daarom wordt verwacht dat in de toekomst een rijke verscheidenheid aan fysische fenomenen die in halfgeleiders worden waargenomen, ook in RTIL's kunnen worden onthuld.

Net zoals deze verschijnselen in halfgeleiders voor veel toepassingen worden benut, dit onderzoek laat zien dat er mogelijk ook potentieel is voor RTIL's om op nieuwe en innovatieve manieren te worden geëxploiteerd, met mogelijke toepassingen variërend van supercondensatoren, brandstofcellen en batterijen tot verschillende stroomapparaten.

Professor Brilliantov, Leerstoel Toegepaste Wiskunde en de leiding van de Universiteit van Leicester bij het project, zei:"Begrip van het geleidbaarheidsmechanisme van RTIL's lijkt nieuwe horizonten te openen bij het ontwerpen van ionische vloeistoffen met de gewenste elektrische eigenschappen."