Meilleure compréhension de la conduction des liquides ioniques
Les électrolytes liquides sont usuellement des conducteurs dans lesquels des ions chargés électriquement se déplacent dans un solvant. Une expérience menée par le groupe du professeur Jacques-E. Moser dévoile un autre mécanisme de conduction de l’électricité dans des liquides ioniques exempts de tout solvant.
Dans une récente publication de ChemPhysChem, l’équipe du professeur Moser a montré l’existence d’un nouveau mécanisme de conduction sans transport d’ions. Cette découverte a été faite en cherchant à améliorer la conduction des liquides ioniques utilisés dans des cellules solaires à colorant. La particularité de ces liquides est de ne contenir que des ions et donc aucun solvant, ce qui a pour avantage d’éviter tout phénomène d’évaporation et de dégradation du matériau.
Pensant que la viscosité limitait la capacité du liquide à laisser passer le courant, les chercheurs ont étudié sa conduction entre l’état solide, refroidi à -93°C, et l’état liquide, à température ambiante. Quelle n’a pas été leur surprise en découvrant que plusieurs dizaines de degrés avant de passer à l’état liquide, le matériau voyait sa conduction réapparaître quasiment entièrement. Cette observation, contraire au modèle des charges électriques mobiles, a appelé une recherche plus approfondie.
Le phénomène a donc été étudié plus en détails par l’application d’une technique expérimentale de spectroscopie térahertz. Les mesures ont permis de détecter les vibrations des ions et la façon dont ils s’associent entre eux. Cette prouesse a été rendue possible grâce à des impulsions laser ultra-brèves qui génèrent un rayonnement situé entre l’infrarouge lointain et les micro-ondes. Celui-ci a pour propriété d’interagir avec les charges mobiles et les vibrations de basse fréquence de la matière.
Ainsi, il a été possible d’observer dans un liquide ionique contenant des ions iodure et des ions tri-iodure, un phénomène d’échange de liaison, dans lequel un ion iodure se rapproche d’un ion tri-iodure et forme avec lui une nouvelle liaison, cependant qu’à l’autre bout de la chaîne une liaison se rompt et un ion se détache. Ce mécanisme de déplacement des charges n’implique que des mouvement de va-et-vient sur des distances infimes, de l’ordre de 3 angströms, et ne nécessite pas le transport des ions sur de plus grandes distances. Grâce à l’échange de liaison entre ions, la conduction électrique reste efficace même dans des liquides visqueux et à très basse température.
Un mécanisme similaire avait été supposé par Theodor Grotthuss au début du 19ème siècle pour expliquer la conductivité de l’eau, mais n’avait jamais été mis en évidence pour un liquide ionique.
Cette avancée ouvre un nouveau champ de recherches. Elle offre des perspectives d’applications intéressantes dans le domaine des cellules photovoltaïques de troisième génération, plus efficaces et plus stables, et de certains types de batteries à haute capacité.
Lien :
http://photochemistry.epfl.ch/reprints/CPC121.pdf
http://gdp.epfl.ch