p Líquidos iônicos à temperatura ambiente (ILs), uma classe especial de sais fundidos, prometem desempenho eletroquímico muito maior em comparação com soluções aquosas convencionais devido a um conjunto de propriedades novas e ajustáveis. Nas últimas duas décadas, ILs têm sido explorados como um meio de melhorar uma gama de diferentes tecnologias, de armazenamento e conversão de energia para catálise para galvanoplastia de metais e semicondutores. p Um excelente exemplo de onde os ILs podem deixar sua marca é em supercapacitores baseados em carbono que armazenam energia elétrica na interface eletrodo-eletrólito nanoporosa. O modo como os ILs são montados nesta interface controla a quantidade de energia armazenada e as taxas de carga e descarga nos dispositivos. Contudo, percepções estruturais abrangentes têm evoluído lentamente porque o comportamento do eletrólito nas interfaces e sob confinamento é desafiador para resolver. Isso é especialmente verdadeiro para ILs, que exibem volumoso, configurações moleculares flexíveis e amplamente variáveis.

p Em pesquisa publicada recentemente no The Journal of Physical Chemistry Letters , Os cientistas do Lawrence Livemore National Laboratory (LLNL) acoplaram experimentos de raios-X com simulações de alta fidelidade para investigar uma família amplamente utilizada de ILs confinados em nanoporos de carbono normalmente usados ​​em supercapacitores. O trabalho representa o primeiro estudo que combina os primeiros princípios de dinâmica molecular e espalhamento de raios-X para analisar ILs espacialmente confinados, permitindo novos insights sobre propriedades exóticas que ocorrem apenas dentro desses espaços excepcionalmente pequenos.

p A equipe detectou experimentalmente uma ruptura extrema na estrutura das TIs, que foi exclusivamente previsto e explicado por suas simulações. A equipe também demonstrou como os desvios do comportamento típico dos líquidos dependiam muito dos tamanhos relativos dos íons e poros. Finalmente, apesar dos desvios significativos na estrutura sob confinamento, o estudo indica que a estabilidade eletroquímica superior de ILs permanece intacta, o que é importante para manter o desempenho dos dispositivos de armazenamento de energia.

p "O verdadeiro sucesso é a integração entre as simulações da mecânica quântica, síntese de nanomateriais sob medida e caracterização avançada de raios-X. Esta poderosa combinação de técnicas oferece uma compreensão muito mais completa da estrutura dos ILs em carbonos porosos extremamente estreitos, "disse Tuan Anh Pham, Cientista do LLNL no Quantum Simulations Group e principal autor do artigo. "O estudo representa esforços contínuos do LLNL no estabelecimento de colaboração interdisciplinar na área de materiais energéticos, como o Laboratório de Aplicações de Energia para o Futuro. "

p Pesquisadores e co-autores do LLNL no artigo, Colin Loeb e Patrick Campbell, aproveitou o conhecimento de laboratório especial para ajustar sinteticamente os tamanhos dos poros em aerogéis de carbono nanoporosos de alta área de superfície. Esta nova capacidade de material permitiu à equipe sondar com raios-X síncrotron diferentes estados confinados dos líquidos iônicos e reunir uma imagem mais abrangente dos efeitos do confinamento na estrutura.

p Para este trabalho, LLNL forjou uma nova colaboração com a Universidade de Bayreuth na Alemanha para capitalizar a experiência chave na caracterização de estruturas de mesoescala.

p "A ciência da interface é uma área tão empolgante, onde estamos literalmente apenas arranhando a superfície de uma compreensão atomística do que realmente está acontecendo, "disse Mirijam Zobel, membro do corpo docente do Departamento de Química da Universidade de Bayreuth e co-autor do estudo. “É uma experiência gratificante fazer parte deste time internacional e ampliar nossos conhecimentos sobre reestruturação interfacial de líquidos complexos”.

p "Eu adoro como as diferentes facetas de nossa equipe forçaram os limites do que eles poderiam fazer, técnica ou cientificamente, a fim de realmente se integrarem, "disse Eric Meshot, Cientista do LLNL e investigador principal do projeto. "Conseguimos descobrir alguns insights fundamentais que têm implicações práticas importantes para dispositivos de armazenamento de energia. Agora estamos em uma posição única para pensar mais sobre como esses insights podem beneficiar aplicações reais."