Un'indagine collaborativa ha rivelato nuove informazioni su come i liquidi ionici a temperatura ambiente (RTIL) conducono l'elettricità, che potrebbe avere un grande impatto potenziale per il futuro dello stoccaggio di energia.

La ricerca si concentra sul dibattito che circonda il meccanismo fisico della conduttività elettrica degli RTIL. I loro ioni organici carichi positivi e negativi li portano ad essere buoni conduttori, ma la conduttività sembra paradossale. La loro elevata conduttività deriva dalla loro elevata densità di ioni carichi all'interno del liquido, ma questa densità dovrebbe anche significare che gli ioni positivi e negativi sono abbastanza vicini da neutralizzarsi a vicenda, creando nuovo, particelle neutre che non possono sostenere una corrente elettrica. La modellazione tenta di identificare come viene mantenuta la conduttività negli RTIL alla luce di questi fattori contraddittori.

La ricerca ha coinvolto un gruppo internazionale di ricercatori, tra cui il professor Nikolai Brilliantov dell'Università di Leicester e guidato dal professor Alexei Kornyshev dell'Imperial College di Londra e dal professor Guang Feng dell'Università di scienza e tecnologia di Huazhong.

I ricercatori hanno elaborato metodi numerici speciali e approcci teorici per tracciare la dinamica delle particelle negli RTIL. Hanno scoperto che, La maggior parte delle volte, ioni positivi e negativi risiedono insieme in coppie o cluster neutri, formando una sostanza neutra che non può condurre elettricità. Di tanto in tanto però, ioni positivi e negativi emergono a coppie come particelle cariche in diverse parti del liquido, rendendo il liquido conduttivo.

L'emergere di questi ioni è causato da fluttuazioni termiche. Improvvisamente e casualmente gli ioni ricevono una porzione di energia dal fluido circostante, che li aiuta a liberarsi dallo stato neutro "accoppiato" e diventare particelle cariche libere. Questo stato è solo temporaneo, tuttavia:dopo qualche tempo, torneranno al loro stato neutrale accoppiato mentre si uniscono con un altro ione di carica opposta.

Mentre questo accade, un'altra coppia ionica altrove nel liquido si sta scindendo in particelle cariche libere, sostenendo così la conduttività del liquido e la sua corrente elettrica in una sorta di continua "corsa a staffetta" di cariche. Questo è simile al comportamento osservato nei semiconduttori cristallini, dove i portatori di carica positivi e negativi emergono anche in coppia a causa delle fluttuazioni termiche. Si prevede quindi che una ricca varietà di fenomeni fisici osservati nei semiconduttori possa essere rivelata anche negli RTIL in futuro.

Proprio come questi fenomeni nei semiconduttori sono sfruttati per molte applicazioni, questa ricerca rivela che potrebbe esserci anche il potenziale per sfruttare gli RTIL in modi nuovi e innovativi, con possibili utilizzi che vanno dai supercondensatori, celle a combustibile e batterie a vari dispositivi di alimentazione.

Professor Brilliantov, Cattedra di Matematica Applicata e responsabile del progetto dell'Università di Leicester, ha dichiarato:"La comprensione del meccanismo di conduttività degli RTIL sembra aprire nuovi orizzonti nella progettazione di liquidi ionici con le proprietà elettriche desiderate".