建模揭示了离子液体如何导电的新观点

一项合作研究揭示了室温离子液体如何导电的新观点，这可能对未来的能源存储产生巨大的潜在影响。

研究的重点是围绕RTILs导电的物理机制的争论。它们带正电荷和负电荷的有机离子使它们成为良导体，但电导率似乎自相矛盾。它们的高导电性来自于液体中带电离子的高密度，但这种密度也应该意味着正离子和负离子之间的距离足够近，可以相互中和，产生新的中性粒子，而这些中性粒子不能支持电流。该模型试图根据这些相互矛盾的因素来确定RTILs中电导率是如何维持的。

这项研究涉及一个国际研究小组，包括莱斯特大学的尼古拉·布里安托夫教授，由伦敦帝国理工学院的阿列克谢·科尼舍夫教授和华中科技大学的广丰教授领导。

研究人员阐述了跟踪RTILs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，正离子和负离子以中性对或团簇的形式共存，形成了一种不能导电的中性物质。然而，正离子和负离子会在液体的不同部分成对地以带电粒子的形式出现，使液体具有导电性。

这些离子的出现是由热波动引起的。突然间，这些离子随机地从周围的液体中获得一部分能量，这有助于它们从“成对”的中性状态中释放出来，成为自由带电粒子。然而，这种状态只是暂时的：一段时间后，当它们与另一个带相反电荷的离子结合时，就会回到它们成对的中性状态。

当这种情况发生时，液体中其他地方的另一对离子分裂成自由带电粒子，从而维持液体的导电性和电流，就像一场正在进行的电荷“接力赛”。这与在晶体半导体中观察到的行为相似，由于温度波动，正电荷和负电荷载流子也成对出现。因此，预计在未来的RTILs中还可能发现在半导体中观察到的丰富多样的物理现象。

正如半导体中的这些现象被广泛应用于许多领域一样，这项研究揭示了RTILs也有潜力被以新的、创新的方式加以利用，可能的用途从超级电容器、燃料电池和电池到各种动力装置。

布里安托夫教授是应用数学教授，也是莱斯特大学该项目的负责人。他说：“对RTILs导电机理的了解，似乎为设计具有理想电性能的离子液体开辟了新的领域。”