Une enquête collaborative a révélé de nouvelles informations sur la façon dont les liquides ioniques à température ambiante (RTIL) conduisent l'électricité, ce qui peut avoir un grand impact potentiel pour l'avenir du stockage d'énergie.

La recherche se concentre sur le débat entourant le mécanisme physique de la conductivité électrique des RTIL. Leurs ions organiques chargés positifs et négatifs en font de bons conducteurs, mais la conductivité semble paradoxale. Leur conductivité élevée provient de leur haute densité d'ions chargés dans le liquide, mais cette densité doit aussi signifier que les ions positifs et négatifs sont suffisamment proches pour se neutraliser, créer de nouveaux, particules neutres qui ne peuvent supporter un courant électrique. La modélisation tente d'identifier comment la conductivité est maintenue dans les RTIL à la lumière de ces facteurs contradictoires.

La recherche a impliqué un groupe international de chercheurs, dont le professeur Nikolai Brilliantov de l'Université de Leicester et dirigé par le professeur Alexei Kornyshev de l'Imperial College de Londres et le professeur Guang Feng de l'Université des sciences et technologies de Huazhong.

Les chercheurs ont élaboré des méthodes numériques et des approches théoriques spéciales pour tracer la dynamique des particules dans les RTIL. Ils ont découvert que, la plupart du temps, les ions positifs et négatifs résident ensemble dans des paires ou des amas neutres, formant une substance neutre qui ne peut pas conduire l'électricité. De temps en temps cependant, les ions positifs et négatifs émergent par paires sous forme de particules chargées dans différentes parties du liquide, rendre le liquide conducteur.

L'émergence de ces ions est causée par des fluctuations thermiques. Soudainement et au hasard les ions reçoivent une partie de l'énergie du fluide environnant, ce qui les aide à se libérer de l'état neutre "apparié" et à devenir des particules chargées libres. Cet état n'est que temporaire, cependant :après un certain temps, ils reviendront à leur état neutre apparié lorsqu'ils se joindront à un autre ion de charge opposée.

Comme cela se produit, une autre paire ionique ailleurs dans le liquide se divise en particules chargées libres, soutenant ainsi la conductivité du liquide et son courant électrique dans une sorte de "course à relais" continue de charges. Ceci est similaire au comportement observé dans les semi-conducteurs cristallins, où les porteurs de charge positifs et négatifs émergent également par paires en raison des fluctuations thermiques. On s'attend donc à ce qu'une riche variété de phénomènes physiques observés dans les semi-conducteurs puisse également être révélée dans les RTIL à l'avenir.

De même que ces phénomènes dans les semi-conducteurs sont exploités pour de nombreuses applications, cette recherche révèle qu'il existe peut-être aussi un potentiel pour les RTIL à exploiter de manières nouvelles et innovantes, avec des utilisations possibles allant des supercondensateurs, piles à combustible et batteries à divers appareils électriques.

Professeur Brilliantov, Chaire de mathématiques appliquées et direction du projet par l'Université de Leicester, a déclaré :« La compréhension du mécanisme de conductivité des RTIL semble ouvrir de nouveaux horizons dans la conception de liquides ioniques dotés des propriétés électriques souhaitées. »