Forskare vid University of California, Berkeley, har gjort den första direkta observationen av hur vattenmolekyler rör sig nära en metallelektrod. Fyndet, publicerat i tidskriften Nature, kan leda till nya sätt att designa batterier och andra elektrokemiska enheter.

Vatten är en polär molekyl, vilket betyder att den har en positiv ände och en negativ ände. När vattenmolekyler är nära en metallelektrod, attraheras den positiva änden av molekylen till den negativa elektroden, medan den negativa änden av molekylen stöts bort. Detta skapar ett lager av vattenmolekyler som är orienterade med sina positiva ändar pekande mot elektroden.

Tjockleken på detta lager av vattenmolekyler är avgörande för prestanda hos elektrokemiska enheter. Om skiktet är för tjockt kan det flyta jon mellan elektroden och elektrolyten, vilket kan minska enhetens effektivitet. Om lagret är för tunt kan det leda till korrosion av elektroden.

Forskarna använde en teknik som kallas scanning tunneling microscopy (STM) för att avbilda vattenmolekylerna nära en metallelektrod. STM är ett kraftfullt verktyg som gör det möjligt för forskare att se atomer och molekyler på ytan av ett material.

Forskarna fann att lagret av vattenmolekyler nära elektroden var ungefär en nanometer tjockt. Detta lager var tjockare än forskarna hade förväntat sig, och det tyder på att vattenmolekyler är starkare attraherad av metallelektroder än man tidigare trott.

Fyndet kan få konsekvenser för utformningen av batterier och andra elektrokemiska apparater. Genom att förstå hur vattenmolekyler rör sig nära metallelektroder kan forskare kanske designa enheter som är mer effektiva och hållbara.