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    Maggiore della somma delle sue parti

    Gli scienziati di Argonne stanno combinando le teorie esistenti per formare una teoria più generale dell'elettrochimica che predice comportamenti inspiegabili. Per fare questo, i ricercatori hanno prima studiato l'ossido di alfa manganese (mostrato qui). Il test di questo materiale e di altri sta aiutando a prevedere il comportamento del materiale e ad informare quali cambiamenti potrebbero migliorare le sue prestazioni. Credito:Laboratorio nazionale Argonne

    Quando si tratta di progettare e ottimizzare i sistemi meccanici, gli scienziati comprendono le leggi fisiche che li circondano abbastanza bene da creare modelli informatici in grado di prevederne le proprietà e il comportamento. Però, scienziati che stanno lavorando per progettare sistemi elettrochimici migliori, come batterie o supercondensatori, non hanno ancora un modello completo delle forze motrici che governano il comportamento elettrochimico complesso.

    Dopo otto anni di ricerca sul comportamento di questi materiali e sulle loro proprietà, scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory, Il National Renewable Energy Laboratory del DOE e l'Università del Colorado-Boulder hanno sviluppato un modello concettuale che combina le teorie esistenti per formare una teoria più generale dell'elettrochimica che predice comportamenti precedentemente inspiegabili.

    Il nuovo modello, chiamato Unified Electrochemical Band-Diagram Framework (UEB), fonde la teoria elettrochimica di base con le teorie utilizzate in diversi contesti, come lo studio della fotoelettrochimica e della fisica dei semiconduttori, per descrivere i fenomeni che si verificano in qualsiasi elettrodo.

    La ricerca è iniziata con lo studio dell'ossido di alfa manganese, un materiale che può caricarsi e scaricarsi rapidamente, rendendolo ideale per alcune batterie. Gli scienziati volevano capire il meccanismo alla base delle proprietà uniche del materiale in modo da poterlo migliorare.

    "Non c'era una risposta soddisfacente su come funzionava il materiale, " ha detto lo scienziato di Argonne Matthias Young, "ma dopo aver fatto molti calcoli sul sistema, abbiamo scoperto che combinando teorie, potremmo dare un senso al meccanismo".

    Test approfonditi di diversi altri materiali hanno aiutato gli scienziati a sviluppare il modello ea dimostrarne l'utilità nella previsione di fenomeni eccezionali.

    "Il modello descrive come le proprietà di un materiale e il suo ambiente interagiscono tra loro e portano a trasformazioni e degrado, " ha detto Young. "Ci aiuta a prevedere cosa accadrà a un materiale in un ambiente specifico. Andrà in pezzi? Memorizzerà la carica?"

    I modelli computazionali che utilizzano UEB non solo consentono agli scienziati di prevedere il comportamento dei materiali, ma può anche informare quali modifiche al materiale potrebbero migliorarne le prestazioni.

    "Ci sono modelli là fuori che fanno previsioni corrette, ma non ti danno gli strumenti per migliorare il materiale, " ha detto Young. "Questo modello ti offre le maniglie concettuali a cui puoi rivolgerti per capire cosa cambiare per migliorare le prestazioni del materiale".

    Poiché il modello è generale e fondamentale, ha il potenziale per aiutare gli scienziati nello sviluppo di qualsiasi elettrodo, compresi quelli utilizzati per le batterie, catalisi, supercondensatori e persino dissalazione.

    "Stiamo guadagnando qualcosa che è più della somma delle sue parti, " ha detto Young. "Abbiamo preso un sacco di lavoro brillante da molte persone diverse, e l'abbiamo unificato in qualcosa che produce informazioni che prima non c'erano".


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