För att förstå de grundläggande egenskaperna hos ett industriellt lösningsmedel, kemister vid University of Cincinnati vände sig till en superdator.

UC -kemiprofessor och avdelningschef Thomas Beck och UC -doktorand Andrew Eisenhart körde kvantsimuleringar för att förstå glycerolkarbonat, en förening som används i biodiesel och som ett vanligt lösningsmedel.

De fann att simuleringen gav detaljer om vätebindning för att bestämma de strukturella och dynamiska egenskaperna hos vätskan som saknades i klassiska modeller. Studien publicerades i Journal of Physical Chemistry B .

Glycerolkarbonat kan vara ett mer miljövänligt kemiskt lösningsmedel för saker som batterier. Men kemister måste veta mer om vad som händer i dessa lösningar. De studerade föreningarna kaliumfluorid och kaliumklorid.

"Studien vi gjorde ger oss en grundläggande förståelse för hur små förändringar i en molekylär struktur kan få större konsekvenser för lösningsmedlet som helhet, "Eisenhart sa." Och hur dessa små förändringar gör att de interagerar med mycket viktiga saker som joner och kan påverka saker som batteriprestanda. "

Vatten är ett till synes enkelt lösningsmedel, som alla som har rört socker i sitt kaffe kan intyga.

"Människor har studerat vatten i hundratals år - Galileo studerade ursprunget för flotation i vatten. Även med all den forskningen, vi har inte en fullständig förståelse för interaktionerna i vatten, "Sade Beck." Det är fantastiskt eftersom det är en enkel molekyl men beteendet är komplext. "

För kvantsimulering, kemisterna vände sig till UC:s Advanced Research Computing Center och Ohio Supercomputer Center. Kvantsimuleringar ger ett verktyg för att hjälpa kemister att bättre förstå interaktioner i atomskala.

"Kantsimuleringar har funnits ett bra tag, "Eisenhart sa." Men hårdvaran som har utvecklats nyligen - saker som grafikprocessorenheter och deras acceleration när de tillämpas på dessa problem - skapar förmågan att studera större system än vad vi tidigare kunde. "

"Hur löser joner sig i denna vätska jämfört med vatten? Först måste vi förstå vad vätskans grundstruktur var, "Sa Beck.

Forskningen finansierades med bidrag från National Science Foundation.

Varje litiumjonbatteri innehåller ett lösningsmedel. Att hitta en bättre kan förbättra energilagring och effektivitet.

"Världen går i en hållbarhetsriktning. Det är ganska klart att vind och sol kommer att vara två stora bidragsgivare tillsammans med annan grön energi, "Sade Beck." Men den genererade energin är intermittent. Så du behöver metoder för storskalig energilagring så att om det är grumligt i två dagar, en stad kan fortsätta köra. "