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"Bei erneuerbaren Technologien, die mit Elektrolyse laufen, weiß man, dass die Ionen-Anlagerungen die Effizienz verändern. Diese Wechselwirkungen spielen aber auch in vielen anderen Bereichen eine wichtige Rolle, etwa bei Reibungsprozessen im Knie", sagte Forschungsleiter Markus Valtiner vom Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität (TU) Wien gegenüber der APA.
Ziel des Teams war herauszufinden, wie leicht sich geladene Teilchen an der Oberfläche einer wässrigen Lösung festhalten lassen. Dabei muss die Wasserstruktur berücksichtigt werden, da sie rund um beispielsweise sehr kleine Lithium-Ionen - statistisch gesehen - viel geordneter ist als nahe einem großen Cäsium-Ion, das sehr schwach mit Wasser wechselwirkt. Bewegen sich diese Teilchen aufgrund entgegengesetzter elektrischer Ladungen zur Oberfläche und haften dort an, strukturiert sich das Wasser rundherum anders.
Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Universität Wien und der Universität Oslo (Norwegen) im FWF-geförderten Exzellenzcluster "MECS - Materials for Energy Conversion and Storage" wurde ein Modell gefunden, das Effekte wie elektrostatische Anziehung, den Grad und die Wahrscheinlichkeit der Unordnung sowie die Interaktion mit Wassermolekülen gemeinsam betrachtet, heißt es in einer Aussendung. "Damit kann man die Wechselwirkungen quantitativ bis auf das Molekül runter beschreiben und verstehen", erklärte Valtiner.
Konkret zeigte sich, dass Ionen, die einen stärkeren Einfluss auf die umgebenden Wassermoleküle haben, mehr Ordnung erzeugen und sich deshalb weniger leicht direkt an der Oberfläche anlagern. Es müsste also nicht nur die elektrische Ladung, sondern auch die statistische Ordnung des Wassers berücksichtigt werden, um beispielsweise bei Batterien oder Katalysatoren gezielter vorhersagen zu können, welche Ionen an einer Oberfläche haften und wie sie sich dort verhalten, so Valtiner, der im neuen Modell ein "fundamentales Ergebnis" sieht, "das neue Wege eröffnet, elektrochemische und andere durch Ionen beeinflusste Prozesse gezielter zu verbessern".
