Ein Team von Wissenschaftlern hat einen Weg gefunden, Ionen mehr als zehnmal schneller zu bewegen. Dies könnte die Ladegeschwindigkeit von Akkus sowie zahlreiche andere Technologien revolutionieren.
Ionen bewegen sich auf der „Super-Autobahn“
Forscher der Washington State University und des Lawrence Berkeley National Laboratory haben einen bedeutenden Durchbruch erzielt. Sie entwickelten eine Methode, mit der Ionen in organischen ionisch-elektronischen Leitern mehr als zehnmal schneller bewegt werden können. Diese speziellen Materialien vereinen die Vorteile der Ionensignalübertragung, wie sie in biologischen Systemen vorkommt, mit der Elektronensignalübertragung, die in Computern genutzt wird.
Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht im Fachjournal Advanced Materials, zeigen, wie Moleküle genutzt werden können, um Ionen in speziell angelegte Nano-Kanäle zu leiten. Diese Kanäle fungieren als eine Art „Ionensuperhighway“, der den Fluss der Ionen enorm beschleunigt.
Vielseitige Anwendungen: Von Akkus bis Neuromorphe Systeme
Die Beschleunigung der Ionenbewegung könnte weitreichende Auswirkungen haben. Im Bereich der Energiespeicherung und Akkutechnologien könnte diese Entwicklung die Ladezeiten erheblich verkürzen. Die Forscher betonen zudem die Bedeutung für neuartige Technologien wie neuromorphe Systeme, die versuchen, Denkprozesse des menschlichen Gehirns nachzuahmen.
Brian Collins, leitender Physiker des Projekts, erklärte:
“Die Kontrolle über diese Signalübertragungen, wie sie in biologischen Systemen alltäglich sind, eröffnet uns neue Möglichkeiten. Besonders im Bereich der Energiespeicherung könnte dies einen enormen Unterschied machen.”
Herausforderungen: Komplexe Struktur bremst Ionenfluss
Zunächst stießen die Forscher auf ein Hindernis. Die Ionen mussten durch eine unstrukturierte Matrix fließen, die wie ein „Rattennest“ aus elektrischen Leitungen wirkte. Dies verlangsamte den Fluss erheblich. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten sie geradlinige Nano-Kanäle, die ausschließlich für den Ionenfluss reserviert sind.
Diese Kanäle wurden mit hydrophilen (wasserliebenden) Molekülen ausgekleidet, die Ionen aus der Elektrolytlösung anziehen. In der Folge bewegten sich die Ionen mit Geschwindigkeiten, die mehr als zehnmal höher waren als in Wasser allein – ein neuer Weltrekord für Ionengeschwindigkeit.
Zukünftige Möglichkeiten und Sensorik
Eine spannende Anwendung der Technologie liegt in der Sensorik. Die Forscher nutzten die Kanäle, um chemische Reaktionen in Echtzeit zu erkennen. Das System könnte in Zukunft eingesetzt werden, um Umweltverschmutzungen oder neuronale Signale im Gehirn zu überwachen.
Langfristig planen die Forscher, die Mechanismen hinter der gesteuerten Ionenbewegung weiter zu erforschen, um diese Technologie auf eine Vielzahl von Anwendungen auszudehnen.
