Новая гидродинамическая теория помогает понять корреляцию ионов
В своей теоретической работе д-р Диддо Дидденс из Института Гельмгольца в Мюнстере исследовательского центра Юлиха и профессор Андреас Хойер из Института Гельмгольца в Мюнстере и Института физической химии Мюнстерского университета исследовали центральный вопрос о том, в какой степени ионы в жидких электролитах могут двигаться статистически коррелированно, т.е. вместе, в одном направлении. Зная это, можно лучше определить влияние отдельных факторов, таких как ионные пары, на проводимость. Подробные результаты их исследования опубликованы в Journal of Chemical Physics и на сервере препринтов arXiv.
Кредит: HI MS/Диддо Дидденс
Часто предполагается, что два иона с одинаковым зарядом избегают друг друга из-за взаимного отталкивания и таким образом движутся в противоположных направлениях. Теперь исследователи могут показать, что два соседних иона с одинаковым зарядом движутся в одном направлении.
«Это нелогичное поведение можно объяснить тем фактом, что электролит в виде жидкости несжимаем, в отличие от газов. Следовательно, отдельный ион может двигаться только так, как позволяет его молекулярное окружение», — объясняет Дидденс.
Напротив, электростатические взаимодействия — отталкивание одинаково заряженных ионов, притяжение неодинаково заряженных ионов — в первую очередь влияют на локальное расположение ионов, но в меньшей степени на статистически коррелированное движение соседних ионов.
Моделирование молекулярной динамики часто используется в исследованиях аккумуляторов , чтобы определить, насколько сильно коррелированы отдельные ионы в определенных электролитах. Тем не менее, движения часто трудно интерпретировать. Дидденс и Хойер разработали новую теорию, которая предсказывает, насколько два иона перемещаются статистически коррелированно (вместе) в зависимости от их расстояния.
С помощью теории можно лучше определить влияние отдельных факторов, таких как ионное спаривание, на проводимость. Гидродинамические эффекты универсальны в жидкостях. Таким образом, они встречаются во многих электролитах, включая некоторые полимеры.
Определение коллективной динамики ионов помогает понять, насколько эффективно электролит может переносить ион определенного типа, например ионы лития в литий-ионных батареях, и, таким образом, улучшать характеристики быстрой зарядки элемента батареи, среди прочего. Полученные знания могут быть использованы для конструирования новых типов электролитов.
