La comprensión de los procesos eléctricos en líquidos ha dado un paso significativo gracias a un nuevo estudio publicado en la revista Science por un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros y la Universidad de Viena. Este trabajo se centra en el fenómeno de la capa doble eléctrica, un aspecto fundamental en tecnologías de almacenamiento de energía y en procesos biológicos como el funcionamiento de las membranas celulares.
Las superficies cargadas en contacto con líquidos, como las paredes celulares o los electrodos de las baterías, atraen iones de carga opuesta del líquido, formando así dos regiones cargadas distintas: la superficie misma y una región contracargada en el líquido. Este fenómeno es crucial para entender cómo se almacenan y liberan la energía eléctrica en dispositivos como baterías de coches eléctricos, capacitores y en procesos de electrólisis.
Observación de un proceso ultrarrápido
El equipo de investigación ha desarrollado una técnica basada en luz que permite observar el proceso de formación de esta capa doble eléctrica de manera ultrarrápida, algo que antes era imposible debido a las limitaciones de los circuitos electrónicos tradicionales. «Hasta ahora, no ha sido posible estudiar los procesos exactos involucrados en la formación de la capa doble», afirma Mischa Bonn, director del MPI para la Investigación de Polímeros.
Para realizar este estudio, los investigadores añadieron ácido al agua, lo que provocó la formación de iones positivos (H3O+). Estos iones se organizan preferentemente en la superficie del agua, formando la capa doble eléctrica. Utilizando un pulso láser fuerte en el rango infrarrojo para calentar la superficie, el equipo perturbó la capa doble al eliminar los H3O+ de la superficie y, a través de pulsos láser adicionales, midieron cómo los iones se movían para alcanzar un nuevo equilibrio.
Los resultados obtenidos no solo validan modelos teóricos previos, sino que también amplían su aplicabilidad a diversos sistemas, desde membranas biológicas hasta dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación. La investigación demuestra que incluso en concentraciones elevadas de portadores de carga, la formación de la capa doble eléctrica es principalmente causada por campos eléctricos.
Este avance metodológico abre nuevas vías para estudiar procesos en interfaces en una amplia gama de sistemas químicos y biológicos, permitiendo que incluso interfaces complejas puedan ser descritas mediante modelos físicos relativamente simples. Así, se confirma la precisión de los marcos teóricos existentes en la descripción de la formación de la capa doble eléctrica.
