Gli elettroliti liquidi sono componenti essenziali in una varietà di tecnologie energetiche emergenti, comprese le batterie, supercondensatori e dispositivi solari-combustibili.

"Per prevedere e ottimizzare le prestazioni di questi dispositivi, una comprensione dettagliata degli elettroliti, in particolare le loro proprietà elettroniche come il potenziale di ionizzazione e l'affinità elettronica, è critico, " ha detto Anh Pham, un Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Lawrence Fellow nel Quantum Simulations Group, e l'autore principale di un articolo nell'edizione del 23 giugno di Science Advances.

Come esempio, Pham ha sottolineato come il corretto allineamento dell'energia nell'interfaccia elettrodo-elettrolita delle celle fotoelettrochimiche (PEC) sia fondamentale per ottenere una produzione efficiente di idrogeno.

Pham, insieme al ricercatore LLNL Eric Schwegler, Robert Seidel e Steven Bradforth della University of Southern California, e Marco Govoni e Giulia Galli dell'Argonne National Laboratory e dell'Università di Chicago, hanno presentato una strategia di simulazione convalidata sperimentalmente per il calcolo delle proprietà elettroniche degli elettroliti acquosi.

Il team ha simulato e misurato direttamente l'eccitazione elettronica di vari ioni solvatati nell'acqua liquida. Combinando simulazioni di dinamica molecolare con principi primi con metodi di struttura elettronica all'avanguardia, il team potrebbe prevedere le energie di eccitazione dei solventi e dei soluti, come i potenziali di ionizzazione degli ioni solvatati. Il team ha anche dimostrato che l'accoppiamento di questo quadro teorico con tecniche avanzate di spettroscopia fornisce un potente strumento per l'identificazione di specie chimiche e reazioni che si verificano nelle soluzioni.

Il nuovo metodo apre la possibilità di prevedere la risposta elettronica in elettroliti complessi per una vasta gamma di applicazioni. Per esempio, la ricerca ha fornito una base teorica per comprendere e ingegnerizzare le proprietà elettroniche degli elettroliti liquidi nelle celle PEC per la produzione di idrogeno e del liquido ionico per le batterie.

"Il quadro computazionale proposto è generale e applicabile ai liquidi non metallici, offrendo grandi promesse nella comprensione e nell'ingegneria soluzioni ed elettroliti liquidi per una varietà di importanti tecnologie energetiche, "Ha detto Pham.

In senso più ampio, la nuova capacità di simulazione rappresenta il primo passo verso un metodo unificato per la simulazione di realistici, Interfacce eterogenee nei sistemi elettrochimici.