Ein Ionengel ist eine Art halbfester Verbindung, die durch die Einbettung einer ionischen Flüssigkeit in ein Polymer während einer Trocknungsphase eine elektrische Ladung behält. Es ist eine Form von Sol-Gel oder Xero-Gel, bei denen es sich um teils flüssige, teils feste Matrices von Verbindungen mit einzigartigen Eigenschaften in der Materialwissenschaft handelt. Diese Materialien gelten als potenzielle Energiespeicher für Brennstoffzellen, für den Bau nanoskaliger elektronischer Bauteile wie milliardstel Meter breite Transistoren und mehr. Solche Materialien bieten im mikroskopischen Maßstab den einzigartigen Vorteil, dass sie eine poröse Oberfläche haben, die erheblich größer ist als ihre Gesamtmasse, was sie zu idealen Kandidaten macht, um flüchtige oder elektrisch geladene Elemente zu binden.
Die Herstellung eines Ionengels erfolgt durch eine Verfeinerung des Sol-Gel-Herstellungsprozesses. Ein Blockcopolymer, das eine Kombination verschiedener plastischer Monomerverbindungen mit einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften ist, wird einem Prozess der Hydrolyse-Kondensation mit einer ionenleitenden Flüssigkeit unterzogen. Kolloidpartikel in der Mischung verhindern eine vollständige Erstarrung, stattdessen nimmt sie eine Gelform an. Dies macht den Zugriff auf die Ladung der ionischen oder anderen eingebetteten Verbindungen praktischer und das Material kann in Abwesenheit von Wasser als Elektrolyt dienen. Die elastischen Eigenschaften eines Festkörpers in Form der Blockcopolymer-Kunststoffe und die Eigenschaften einer elektrisch leitenden ionischen Flüssigkeit werden in einem Compound vereint.
Die materialwissenschaftlichen Anwendungen einer Ionengel-Polymermatrix sind vielfältig. Das Material kann umgeformt und wieder aufgeladen werden, ist aber dennoch unter verschiedenen physikalischen oder chemischen Belastungsbedingungen stabil. Ein Ionengel kann bei einer Temperatur von bis zu 482° Fahrenheit (250° Celsius) funktionieren und bei Temperaturen von bis zu 662° Fahrenheit (350° Celsius) stabil bleiben, ohne sich zu verschlechtern. Solche Gele können auch aus einer Vielzahl von polymerähnlichen Vorläuferverbindungen hergestellt werden, obwohl üblicherweise bei der Herstellung von Sol-Gelen verwendete Silanverbindungen wie Alkoxysilan und Halogensilan verwendet werden. Die ionische Flüssigkeit kann auch auf Wasser als Aqua-Gel, Alkohol als Alco-Gel oder anderen Chemikalien wie Carbonsäure basieren.
Aerogele sind ein weiterer Forschungszweig bei der Untersuchung von Ionengelverbindungen. Sie basieren ebenfalls auf dem Sol-Gel-Herstellungsverfahren und haben ein Endprodukt, das ein eingeschlossenes ionisches Gas wie Wasserstoff enthält, der für Brennstoffzellen verwendet wird. Übliche Formen von Aerogel, die Verbrauchern und der Industrie bekannt sind, umfassen Schaumstoffe wie Styropor und Urethanschaumpolster in Möbeln.
Zu den Anwendungen von Ion-Gel-Verbindungen ab 2011 in ihren verschiedenen flüssigen, gasförmigen und halbfesten Komponenten gehören als lumineszierende Solarkonzentratoren; als dielektrische Materialien für Niederspannungs-Hochleistungstransistoren; und in einer Vielzahl fortschrittlicher Energiespeicheranwendungen. Aerogel-Typen von Ionengelen haben den Vorteil, dass sie zu etwa 95 % aus Gas bestehen und dennoch eine feste Form annehmen, was ihnen das Label des leichtesten Feststoffs der Welt einbringt. Sie werden als Energieadsorber, Sensoren und starke katalytische Verbindungen erforscht.