Τα αποτελέσματα της ερευνητικής συνεργασίας του επίκουρου καθηγητή Θεωρητικής Φυσικοχημείας του τμήματος Χημείας Δρ. Ιωάννη Σκαρμούτσου με το ινστιτούτο IRIG (Interdisciplinary Research Institute of Grenoble) του CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας, παρουσιάσθηκαν στα Ερευνητικά Επιτεύγματα (Research Highlights) του Γαλλικού Οργανισμού Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας και Ατομικής Ενέργειας (CEA):
https://www.cea.fr/drf/irig/english/Pages/News/Highlights/2025/30-Stefano-Mossa.aspx
Ο Γαλλικός Οργανισμός Εναλλακτικών Μορφών Ενέργειας και Ατομικής Ενέργειας (CEA) αποτελεί κορυφαίο ερευνητικό φορέα στην Ευρώπη, με στρατηγικό προσανατολισμό την επιστημονική αριστεία και την τεχνολογική καινοτομία. Στον τομέα της ενέργειας, o CEA διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη προηγμένων υλικών, ηλεκτρολυτών και τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας, συμβάλλοντας στην ενεργειακή μετάβαση και στη διαμόρφωση βιώσιμων λύσεων για το μέλλον.
Στο πλαίσιο λοιπόν της συνεργασίας του Δρ. Ιωάννη Σκαρμούτσου με το Dr Stefano Mossa από το IRIG-CEA, διερευνήθηκαν συστηματικά τα φαινόμενα ηλεκτροστατικής θωράκισης (electrostatic screening) σε συμπυκνωμένους υγρούς ηλεκτρολύτες.
Οι υγροί ηλεκτρολύτες συνιστούν θεμελιώδη συνιστώσα τεχνολογικών εφαρμογών όπως οι μπαταρίες, οι υπερπυκνωτές και οι βιοαισθητήρες. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις, η θεωρία Debye–Hückel προβλέπει ότι τα ιόντα αλληλοθωρακίζουν τα ηλεκτρικά τους φορτία σε μία χαρακτηριστική κλίμακα απόστασης, το λεγόμενο μήκος Debye, το οποίο μειώνεται καθώς η συγκέντρωση αυξάνεται. Παρά ταύτα, σε υψηλότερα επίπεδα συγκέντρωσης, πειράματα Ισορροπίας Επιφανειακών Δυνάμεων (Surface Force Balance -SFB experiments) έχουν καταδείξει ότι οι κλίμακες μήκους θωράκισης αυξάνονται αντιστρόφως προς τις θεωρητικές προβλέψεις, φθάνοντας ακόμη και δεκάδες ή εκατοντάδες ιοντικές διαμέτρους. Το απροσδόκητο αυτό εύρημα αντιβαίνει στις προσομοιώσεις και στα καθιερωμένα θεωρητικά μοντέλα, εγείροντας καίρια ερωτήματα αναφορικά με τη φύση των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων σε πολύπλοκα συστήματα ηλεκτρολυτών.
Μέσω εκτεταμένων μοριακών δυναμικών προσομοιώσεων διαλυμάτων τετραφθοροβορικού λιθίου (LiBF4) σε ανθρακικό αιθυλένιο (ethylene carbonate), οι ερευνητές διερεύνησαν με συστηματικό τρόπο τις δομικές και διηλεκτρικές τους ιδιότητες καθώς και τις ιδιότητες μεταφοράς σε ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων άλατος. Η σύγκριση με τα αποτελέσματα των πειραμάτων SFB ανέδειξε την ύπαρξη δύο διακριτών κλιμάκων: αφενός ενός μειούμενου ηλεκτροστατικού μήκους θωράκισης (electrostatic screening length) και αφετέρου μίας αυξανόμενης κλίμακας μήκους, η οποία συνδέεται με το μέγεθος των ιοντικών συσσωματωμάτων. Η ανωμαλία της μακράς εμβέλειας κλίμακας θωράκισης που καταγράφεται πειραματικά ερμηνεύεται συνεπώς όχι ως απόρροια εκτεταμένων ηλεκτροστατικών δυνάμεων, αλλά ως εκδήλωση της ανάπτυξης συλλογικών ιοντικών συσσωματώσεων, παρέχοντας μία συνεκτική και απαλλαγμένη από αυθαίρετες παραμέτρους εξήγηση.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό “The Journal of Chemical Physics”:
https://doi.org/10.1063/5.0258084
Η μελέτη αυτή επιλύει μια διαχρονική αντίφαση μεταξύ θεωρίας, προσομοιώσεων και πειραμάτων, τεκμηριώνοντας ότι η ανώμαλη θωράκιση αντανακλά φαινόμενα συλλογικής ιοντικής συσσωμάτωσης. Πέραν της επίλυσης ενός θεμελιώδους επιστημονικού ζητήματος, τα ευρήματα προσφέρουν σημαντικές κατευθύνσεις για τον ορθολογικό σχεδιασμό προηγμένων ηλεκτρολυτών, ικανών να υποστηρίξουν νέες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία του IRIG-CEA με το τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων και χρηματοδοτήθηκε από την Εθνική Ερευνητική Υπηρεσία της Γαλλίας μέσω του προγράμματος France 2030 (Επιχορήγηση ANR-22-PEBA-0002) και του έργου MoveYourIon (ANR-19-CE06/0025).
Λόγω της συστηματικής του ενασχόλησης με τις ιδιότητες της υγρής κατάστασης (μοριακών και ιοντικών υγρών) ο Δρ Ιωάννης Σκαρμούτσος ορίσθηκε επίσης πρόσφατα ως μέλος του International Advisory Board της Ευρωπαϊκής και Ιαπωνικής Ομάδας Μοριακών Υγρών (European/ Japanese Molecular Liquids Group – EMLG/JMLG):
http://139.30.122.11/EMLG/people.html