I en tid, hvor udvikling af solceller, brændselsceller og batterier til elbiler er et brandvarmt forskningsområde over hele kloden, dukker pludselig en ny erkendelse op, om hvordan en elektrisk strøm bevæger sig i en elektrolyt.

Indtil nu har de fleste troet, at strømmen skyldes bevægelige ioner, der svømmer hastigt gennem den flydende elektrolyt i fast rutefart mellem anode og katode. Men en ny, svejtsisk opdagelse viser, at der også er en anden mekanisme i spil, nemlig Grotthuss-mekanismen.

Det er overraskende, for Theodor Grotthuss offentliggjorde sin teori i 1806. Det var på et tidspunkt hvor ion-begrebet ikke var helt forstået. Grotthuss forsøgte med sin teori at forklare, hvorfor vand er i stand til at lede en elektrisk strøm. Og hans forklarende metafor var en "Bucket-Brigade", eller en menneskelig brandslukningskæde, der består af en lang række mennesker, som rækker spande med vand videre til den næste i køen. Sådan forestillede han sig, at elektronerne blev givet videre blandt vandmolekylerne.

Men det er dog ikke elektroner, der langes videre fra hånd til hånd i en moderne elektrolyt. Det er protoner.

Opdagelsen kommer fra et hold, bestående af forskere fra Sverige, Schweiz, Portugal og Kina, ledet af professor J. E. Moser fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz.

Deres hensigt var at udforske metoder til at forbedre batteriers elektrolytter. Derfor ville de opklare, hvorfor en elektrisk strøm somme tider bevæger sig lettere gennem en elektrolyt, end man kunne forvente, når det er givet, at elektrolytten har en bestemt viscositet, som bremser ionernes bevægelse i væsken.

Strømmen burde gå i stå
Så deres forsøg gik ud på at variere viscositeten. De gjorde forsøg med en polyiodid-elektrolyt, bestående af et smeltet salt, 1-methyl-3-propylimidazolium iodide (PMII), over et stort temperatur-interval, der rakte fra stuetemperatur og helt ned til minus 93 grader Celsius. Ved den laveste temperatur er saltet helt størknet, og viscositeten bliver meget stor.

Det er et salt, der er særligt interessant, fordi det blandt andet kan bruges i en såkaldt Grätzel-solcelle, som er en tyndfilms-solcelle, der i teorien kan blive meget billig at fremstille. Måske billig nok til at kunne konkurrere med fossilt fremstillet energi.

Til forskernes overraskelse var der god elektrisk ledningsevne (jævnstrøm) ned til et godt stykke under den temperatur, hvor saltet størknede. Og det kunne jo ikke passe, hvis de svømmende ioner var alene om at bære strømmen.

Derfor gik de i gang med at studere fænomenet ved hjælp af blandt andet en infrarød laser og et teraherz spektrometer. Spektrometret viste, at ionerne i saltet stod og vibrerede, når saltet blev for tyktflydende til, at de kunne svømme.

Og mere end det - iodid-ionerne havde samlet sig i grupper på tre ioner ad gangen. Og fra sådanne grupper var det muligt - gennem de bittesmå svingninger - at række en proton ad gangen videre til den næste ion-gruppe i det stive salt. Brandslukningskæden var dannet, omtrent som Grotthuss havde forestillet sig i 1806.

Ved bestemte koncentrationer bliver saltets ledningsevne op mod 50 procent større, end man kan forklare med de svømmende ioner.

Forskerne mener, at opdagelsen giver basis for et helt nyt forskningsområde, som kan føre til nye og bedre ioniserede væsker, som er mere praktiske i rollen som elektrolytter end det stærkt korroderende PMII-salt. Det giver mulighed for at skabe nye og bedre produkter inden for batterier og solceller.

Forskningsresultatet er publiceret i tidsskriftet Chemphyschem. (Se linket til venstre)