Des batteries à la biologie, les liquides contenant du sel sont essentiels à une performance continue. Comprendre avec précision le comportement de ces liquides repose sur une description correcte des structures moléculaires qu'ils forment. Dr Marcel Baer, Dr Timothée Duignan, et le Dr Christopher Mundy du Pacific Northwest National Laboratory a déterminé que la structure précise d'une paire d'ions isolés dans l'eau rend compte avec précision du comportement d'une solution entière.

"Cette structure locale précise est la pièce importante pour relier le microscopique au macroscopique, soit des propriétés intrinsèques des ions en solution à des propriétés collectives, " dit Mundy, qui a dirigé les études au PNNL.

En intégrant des calculs et des expériences autour de deux ions qui forment une paire d'ions de sel, l'équipe peut comprendre la nature collective de la solution. À savoir, l'équipe peut comprendre les statistiques de regroupement en ce qui concerne le comportement spécifique des ions à différentes concentrations, qui est mesurée par le coefficient osmotique. Spécifiquement, l'électrolyte se forme-t-il en amas ou reste-t-il sous forme d'ions isolés à différentes concentrations ?

Le comportement et la spéciation des électrolytes influencent tout, de leur utilisation comme électrolytes de batterie à leur comportement dans les déchets nucléaires complexes. En comprenant comment les propriétés individuelles des ions informent leur comportement collectif, les scientifiques peuvent déterminer comment adapter la concentration et le type d'électrolyte à des applications spécifiques.

L'équipe a examiné comment la structure moléculaire correcte influence la thermodynamique de la solution. Ils ont déterminé la structure grâce à des mesures étendues de structure fine d'absorption de rayons X et à une simulation moléculaire basée sur la mécanique quantique. Les travaux de l'équipe démontrent qu'il est possible de prédire le degré d'appariement des ions en solution (appelé activité) en utilisant des descriptions précises de l'ion local-eau, et les interactions ion-ion.

Dans un article de revue invité simultané avec le Dr Tim Duignan, l'équipe a démontré comment obtenir le bon couplage avec des calculs de haut niveau. Les résultats fournissent les détails moléculaires nécessaires pour améliorer les théories macroscopiques de la solvatation ionique.