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建模揭示了对离子液体电导率的新见解

发布时间:2019-06-13 14:57:59 来源:

合作调查揭示了室温离子液体(RTIL)如何导电的新见解,这可能对储能的未来产生巨大的潜在影响。

该研究的重点是围绕RTIL电导率的物理机制的争论。它们带电的正负有机离子使它们成为良导体,但电导率似乎是矛盾的。它们的高导电性源于液体中高密度的带电离子,但这种密度还应该意味着正离子和负离子足够接近以相互中和,产生新的中性粒子,不能支持电流。根据这些相互矛盾的因素,建模试图确定在RTIL中如何保持电导率。

该研究涉及一个国际研究小组,包括莱斯特大学的Nikolai Brilliantov教授,由伦敦帝国理工学院的Alexei Kornyshev教授和华中科技大学的光峰教授领导。

研究人员详细阐述了追踪RTIL中粒子动力学的特殊数值方法和理论方法。他们发现,大多数时候,正离子和负离子一起存在于中性对或簇中,形成一种不能导电的中性物质。然而,有时,正离子和负离子成对出现在液体的不同部分中作为带电粒子,使液体导电。

这些离子的出现是由热波动引起的。突然和随机地,离子从周围的流体中接收一部分能量,这有助于它们从“成对”的中性状态释放出来并成为自由带电粒子。然而,这种状态只是暂时的:经过一段时间后,当他们加入另一个带相反电荷的离子时,它们将返回到成对的中性状态。

当这种情况发生时,液体中其他位置的另一对离子对分裂成自由带电粒子,从而在一种正在进行的“电荷继电器竞赛”中维持液体的导电性及其电流。这类似于在晶体半导体中观察到的行为,其中正负电荷载体也由于热波动而成对出现。因此,预计未来在RTIL中也会发现半导体中观察到的各种各样的物理现象。

正如半导体中的这些现象被用于许多应用一样,这项研究表明,RTIL可能也有可能以新的和创新的方式被利用,可能的用途包括超级电容器,燃料电池和电池以及各种功率器件。

应用数学和莱斯特大学该项目主席Brilliantov教授说:“理解RTIL的电导机理似乎开辟了设计具有所需电性能的离子液体的新视野。”

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