一項(xiàng)合作研究揭示了室溫離子液體如何導(dǎo)電的新觀點(diǎn)，這可能對(duì)未來的能源存儲(chǔ)產(chǎn)生巨大的潛在影響。

研究的重點(diǎn)是圍繞RTILs導(dǎo)電的物理機(jī)制的爭(zhēng)論。它們帶正電荷和負(fù)電荷的有機(jī)離子使它們成為良導(dǎo)體，但電導(dǎo)率似乎自相矛盾。它們的高導(dǎo)電性來自于液體中帶電離子的高密度，但這種密度也應(yīng)該意味著正離子和負(fù)離子之間的距離足夠近，可以相互中和，產(chǎn)生新的中性粒子，而這些中性粒子不能支持電流。該模型試圖根據(jù)這些相互矛盾的因素來確定RTILs中電導(dǎo)率是如何維持的。

這項(xiàng)研究涉及一個(gè)國(guó)際研究小組，包括萊斯特大學(xué)的尼古拉·布里安托夫教授，由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的阿列克謝·科尼舍夫教授和華中科技大學(xué)的廣豐教授領(lǐng)導(dǎo)。

研究人員闡述了跟蹤RTILs中粒子動(dòng)力學(xué)的特殊數(shù)值方法和理論方法。他們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候，正離子和負(fù)離子以中性對(duì)或團(tuán)簇的形式共存，形成了一種不能導(dǎo)電的中性物質(zhì)。然而，正離子和負(fù)離子會(huì)在液體的不同部分成對(duì)地以帶電粒子的形式出現(xiàn)，使液體具有導(dǎo)電性。

這些離子的出現(xiàn)是由熱波動(dòng)引起的。突然間，這些離子隨機(jī)地從周圍的液體中獲得一部分能量，這有助于它們從“成對(duì)”的中性狀態(tài)中釋放出來，成為自由帶電粒子。然而，這種狀態(tài)只是暫時(shí)的：一段時(shí)間后，當(dāng)它們與另一個(gè)帶相反電荷的離子結(jié)合時(shí)，就會(huì)回到它們成對(duì)的中性狀態(tài)。

當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，液體中其他地方的另一對(duì)離子分裂成自由帶電粒子，從而維持液體的導(dǎo)電性和電流，就像一場(chǎng)正在進(jìn)行的電荷“接力賽”。這與在晶體半導(dǎo)體中觀察到的行為相似，由于溫度波動(dòng)，正電荷和負(fù)電荷載流子也成對(duì)出現(xiàn)。因此，預(yù)計(jì)在未來的RTILs中還可能發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體中觀察到的豐富多樣的物理現(xiàn)象。

正如半導(dǎo)體中的這些現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域一樣，這項(xiàng)研究揭示了RTILs也有潛力被以新的、創(chuàng)新的方式加以利用，可能的用途從超級(jí)電容器、燃料電池和電池到各種動(dòng)力裝置。

布里安托夫教授是應(yīng)用數(shù)學(xué)教授，也是萊斯特大學(xué)該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。他說：“對(duì)RTILs導(dǎo)電機(jī)理的了解，似乎為設(shè)計(jì)具有理想電性能的離子液體開辟了新的領(lǐng)域。”