Los electrolitos líquidos son componentes esenciales en una variedad de tecnologías energéticas emergentes, incluidas las baterías, supercondensadores y dispositivos de energía solar a combustible.

"Para predecir y optimizar el rendimiento de estos dispositivos, una comprensión detallada de los electrolitos, particularmente sus propiedades electrónicas, como el potencial de ionización y la afinidad electrónica, es critico, "dijo Anh Pham, un Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Lawrence Fellow en el Grupo de Simulaciones Cuánticas, y el autor principal de un artículo en la edición del 23 de junio de Science Advances.

Como ejemplo, Pham señaló cómo la alineación de energía adecuada en la interfaz electrodo-electrolito de las células fotoelectroquímicas (PEC) es clave para lograr una producción eficiente de hidrógeno.

Pham, junto con el investigador de LLNL Eric Schwegler, Robert Seidel y Steven Bradforth de la Universidad del Sur de California, y Marco Govoni y Giulia Galli del Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Chicago, han presentado una estrategia de simulación validada experimentalmente para calcular las propiedades electrónicas de los electrolitos acuosos.

El equipo simuló y midió directamente la excitación electrónica de varios iones solvatados en agua líquida. Al combinar simulaciones de dinámica molecular de primeros principios con métodos de estructura electrónica de última generación, el equipo pudo predecir las energías de excitación de los solventes y solutos, como los potenciales de ionización de los iones solvatados. El equipo también demostró que el acoplamiento de este marco teórico con técnicas de espectroscopia avanzadas proporciona una herramienta poderosa para la identificación de especies químicas y reacciones que ocurren en soluciones.

El nuevo método abre la posibilidad de predecir la respuesta electrónica en electrolitos complejos para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, la investigación proporcionó una base teórica para comprender y diseñar las propiedades electrónicas de los electrolitos líquidos en las celdas PEC para la producción de hidrógeno y el líquido iónico para las baterías.

"El marco computacional propuesto es general y aplicable a líquidos no metálicos, ofreciendo una gran promesa en la comprensión y la ingeniería de soluciones y electrolitos líquidos para una variedad de tecnologías energéticas importantes, "Dijo Pham.

En un sentido más amplio, la nueva capacidad de simulación representa el primer paso hacia un método unificado para la simulación de realismo, interfaces heterogéneas en sistemas electroquímicos.