អេឡិចត្រូលីត nanocomposite រឹង ស៊ីលីកាជែល ជាមួយការផ្សព្វផ្សាយ ទំនាក់ទំនងអន្តរកម្ម លើសពីការប្រព្រឹត្តិកម្ម Li-ion ភាគច្រើននៃសារធាតុបំពេញអេឡិចត្រូលីតរាវអ៊ីយ៉ុង

ការផ្លាស់ប្តូរទៅជាថ្ម Li-ion ស្ថានភាពរឹងនឹងអនុញ្ញាតឱ្យមានវឌ្ឍនភាពឆ្ពោះទៅរកដង់ស៊ីតេថាមពល 1000 W·hour/liter និងលើសពីនេះ។សមាសធាតុនៃម៉ាទ្រីសអុកស៊ីដ mesoporous ពោរពេញទៅដោយសារធាតុបំពេញអេឡិចត្រូលីតរាវអ៊ីយ៉ុងដែលមិនងាយនឹងបង្កជាហេតុត្រូវបានរុករកជាជម្រើសអេឡិចត្រូលីតរឹង។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការបង្ខាំងដ៏សាមញ្ញនៃដំណោះស្រាយអេឡិចត្រូលីតនៅខាងក្នុងរន្ធញើសដែលមានទំហំ nanometer នាំអោយមានចរន្តអ៊ីយ៉ុងទាប នៅពេលដែល viscosity កើនឡើង។នៅទីនេះ យើងបង្ហាញថា ចរន្ត Li-ion នៃ nanocomposites ដែលមានសារធាតុ silica monolith mesoporous ជាមួយនឹងការបំពេញ electrolyte រាវ ionic អាចខ្ពស់ជាងច្រើនដងនៃ electrolyte រាវ ionic សុទ្ធ តាមរយៈការណែនាំនៃស្រទាប់ទឹកកក interfacial ។ការស្រូបទាញខ្លាំង និងលំដាប់នៃម៉ូលេគុលរាវអ៊ីយ៉ុង ធ្វើឱ្យពួកវាមិនចល័ត និងរឹងដូចស្រទាប់ទឹកកកអន្តរមុខ។Dipole លើស្រទាប់ adsorbate mesophase នាំឱ្យមានការរំលាយអ៊ីយ៉ុង Li+ សម្រាប់ការពង្រឹងដំណើរការ។គោលការណ៍ដែលបានបង្ហាញនៃការពង្រឹងចរន្តអ៊ីយ៉ុងអាចត្រូវបានអនុវត្តចំពោះប្រព័ន្ធអ៊ីយ៉ុងផ្សេងៗគ្នា។

អេឡិចត្រូលីតរឹងត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងផ្តល់នូវការជំរុញបន្ទាប់សម្រាប់ថ្ម Li-ion ឱ្យលើសពីពិដានជាក់ស្តែងនៃ 800 W·hour/liter ឬ 300 W·hour/kg ដែលដាក់លើគីមីវិទ្យា cathode និង anode ដែលអាចប្រើបានបច្ចុប្បន្ន។ការកើនឡើងនៃដង់ស៊ីតេថាមពលដែលរំពឹងទុកសម្រាប់ថ្មរឹងបានមកពីការរួមចំណែកជាច្រើន ដែលទាំងអស់កំណត់គោលដៅបង្កើនបរិមាណភាគរយនៃសារធាតុសកម្មនៅក្នុងក្រឡា។ការផ្សព្វផ្សាយជាសាធារណៈបំផុតគឺការដាក់បញ្ចូលលោហធាតុលីចូម ដើម្បីជំនួសក្រាហ្វិច និងក្រាហ្វីត/ស៊ីលីកុន ជាអាណូត។លោហធាតុលីចូមសុទ្ធមានដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់បំផុតដែលអាចធ្វើទៅបាន ហើយដូច្នេះត្រូវការកន្លែងទំនេរតិចបំផុត។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ បញ្ហាជាច្រើននៅតែត្រូវដោះស្រាយ ដូចជាប្រតិកម្មដែលមិនអាចត្រឡប់វិញបាន (ហើយដូច្នេះការប្រើប្រាស់) នៃលោហៈលីចូម ការបង្កើត dendrite ការកើនឡើងនៃដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នដែលមានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់បន្ទះលីចូមដែលមានប្លង់បើប្រៀបធៀបទៅនឹងអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិច (ស៊ីលីកុន) និងចុងក្រោយ។ ប៉ុន្តែយ៉ាងហោចណាស់ "ការបាត់ខ្លួន" នៃលីចូមកំឡុងពេលបញ្ចេញ (ការបន្ទោរបង់) ហើយដូច្នេះការបាត់បង់ទំនាក់ទំនងជាមួយអេឡិចត្រូលីតរឹង។ធម្មជាតិរឹងម៉ាញេទិកនៃអេឡិចត្រូលីតរឹងសេរ៉ាមិចពិតជាមានការអនុលោមតាមសូន្យ ហើយសម្ពាធខ្លាំងចាំបាច់ត្រូវអនុវត្តដើម្បីចុចលីចូមយ៉ាងរឹងមាំប្រឆាំងនឹងសមាសធាតុអេឡិចត្រូលីតរឹង។ចំនុចសម្ពាធដាច់ពីគ្នានឹងបន្ថយផ្ទៃផ្ទៃដែលមានប្រសិទ្ធភាពកាន់តែខ្លាំង ដែលនាំទៅដល់ការបង្កើត dendrite ក្នុងតំបន់ និងប្រាក់បញ្ញើជាអេប៉ុង។អេឡិចត្រូលីតប៉ូលីម័រមានភាពអនុលោមតាមមេកានិកជាង ប៉ុន្តែមិនទាន់បង្ហាញចរន្តអ៊ីយ៉ុងខ្ពស់គ្រប់គ្រាន់នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ទេ។សមា្ភារៈថ្មីគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ក្នុងរឿងនេះគឺអេឡិចត្រូលីតស៊ីលីកាជែលដែលត្រូវបានគេសំដៅផងដែរថាជា "អ៊ីណូហ្គែល" ដែលអេឡិចត្រូលីតរាវអ៊ីយ៉ុង (ILE) ត្រូវបានបង្ខាំងនៅក្នុងម៉ាទ្រីសស៊ីលីកា nanoporous (1) ។porosity ខ្ពស់នៃម៉ាទ្រីសស៊ីលីកា (70 ទៅ 90%) ផ្តល់ឱ្យវត្ថុធាតុអេឡិចត្រូលីត nanocomposite ទាំងនេះមានភាពស្ថិតស្ថេរដូចជែល ហើយដូច្នេះធ្វើឱ្យពួកវាអនុលោមតាមមេកានិចស្រដៀងទៅនឹងអេឡិចត្រូលីតប៉ូលីម៊ែរ។ស៊ីលីកាជែលទាំងនេះជួនកាលត្រូវបានចង្អុលបង្ហាញថាជាអេឡិចត្រូលីតរឹងកូនកាត់ព្រោះវាមានអង្គធាតុរាវ។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់ស៊ីលីកាណាណូកូមposites ដូចដែលបានពិពណ៌នានៅក្នុងក្រដាសនេះ អេឡិចត្រូលីតអ៊ីយ៉ុង "រាវ" ក្លាយជារឹងដូចនៅពេលដែលត្រូវបានបង្ខាំងនៅក្នុងបណ្តាញទំហំរាប់សិបណាណូម៉ែត្រ ទាំងដោយការកើនឡើងនៃ viscosity និងដោយការស្រូបយកនៅលើជញ្ជាំងស៊ីលីកា។ ឆានែល។ប្រសិនបើម៉ាទ្រីសស៊ីលីកានឹងដើរតួគ្រាន់តែជាឧបករណ៍បំបែក porous នោះការកើនឡើងនៃ viscosity សម្រាប់អេឡិចត្រូលីតរាវដែលបានបង្ខាំងនឹងនាំឱ្យមានការថយចុះនៃចរន្តអ៊ីយ៉ុង។ផ្ទុយទៅវិញ អន្តរកម្មរវាងម៉ូលេគុល ILE និងជញ្ជាំងរន្ធញើសស៊ីលីកា ធ្វើឱ្យលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ nanocomposite ខុសពីផលបូកនៃសមាសធាតុនីមួយៗរបស់វា។ការស្រូបយកអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងនៅលើអុកស៊ីដជាមួយនឹងការបង្កើតស្រទាប់ mesophase រឹងរហូតដល់ពីរបីណាណូម៉ែត្រក្នុងកម្រាស់ត្រូវបានបង្ហាញនៅលើផ្ទៃប្លង់ជាមួយនឹងមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូមិក (2) ។ការស្រូបយកដោយជ្រើសរើសនៃ anions រាវ ionic និង cations នៅលើផ្ទៃអុកស៊ីដអាចនាំឱ្យមានការពង្រឹង Li+ conductivity នៅតាមបណ្តោយចំណុចប្រទាក់ទាំងនេះ។ជាការពិតណាស់ ការពង្រឹងនៅតាមបណ្តោយចំណុចប្រទាក់អុកស៊ីតត្រូវតែទូទាត់សងសម្រាប់ ឬលើសពីការថយចុះនៃចរន្តតាមរយៈ ILE ដែលបង្ខាំងនៅក្នុងស្នូលនៃរន្ធញើស។ដូច្នេះទំហំរន្ធញើសតូចជាង និងសមាមាត្រផ្ទៃទៅបរិមាណខ្ពស់ត្រូវបានគេចង់បាន។រហូតមកដល់ពេលនេះ ionogels ដែលមានអ៊ីយ៉ុង conductivities ខិតជិត ILE ខ្លួនឯងត្រូវបានបង្ហាញដោយការធ្វើឱ្យប្រសើរនៃរចនាសម្ព័ន្ធ mesoporous (3) ។នេះមានន័យថាការកែលម្អចំណុចប្រទាក់មានវត្តមានរួចហើយ ប៉ុន្តែមិនមែនដល់វិសាលភាពនៃចរន្តចរន្តច្រើនពេកទេ។

ការរៀបចំ ionogels ចាប់ផ្តើមពីល្បាយរាវដូចគ្នា ដែលក្នុងនោះ ILE ត្រូវបានបន្ថែមទៅក្នុងដំណោះស្រាយ sol-gel precursor សម្រាប់ការសំយោគនៃម៉ាទ្រីសអុកស៊ីដ (4, 5) ។នៅក្នុងវិធីសាស្រ្តនេះ ILE និង matrix បង្កើតជាសមាសធាតុមួយក្នុងលក្ខណៈ "in situ"៖ មុនគេក្នុងសូលុយស្យុងមានប្រតិកម្មដើម្បីបង្កើតជាម៉ាទ្រីសអុកស៊ីដជុំវិញគំរូរាវ ionic ដែលគ្របដណ្ដប់វានៅក្នុងដំណើរការ។នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការសំយោគជាក់លាក់ ILE-SCE បានរៀបចំ (អេឡិចត្រូលីតសមាសធាតុរឹង) អាចស្ថិតក្នុងទម្រង់ជា monolith ជាមួយនឹង ILE ដែលបានបង្កប់នៅក្នុងបណ្តាញអុកស៊ីដអសរីរាង្គបន្តបន្ទាប់បន្សំ។រហូតមកដល់ពេលនេះ ភាគច្រើន ILE-SCEs ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកាត្រូវបានរៀបចំតាមវិធីនេះ ទោះបីជាឧទាហរណ៍ក៏ត្រូវបានធ្វើឡើងជាមួយអាលុយមីញ៉ូម (6) ទីតានី (7) និងសូម្បីតែអុកស៊ីដសំណប៉ាហាំង (8) ក៏ដោយ។រូបមន្តសូលុយស្យុងដែលត្រូវបានរាយការណ៍ភាគច្រើនមាន ILE ដែលជាសារធាតុអាល់គីលស៊ីលីត ដូចជា tetraethyl orthosilicate (TEOS) ជាសារធាតុស៊ីលីកា និងអាស៊ីត formic ជាសារធាតុប្រតិកម្ម និងសារធាតុរំលាយ (9, 10)។យោងតាមយន្តការដែលបានស្នើឡើង (11) សម្រាប់ដំណើរការ sol-gel នេះ ស៊ីលីកាត្រូវបានផលិតជាចម្បងដោយប្រតិកម្មរវាង TEOS និងអាស៊ីត formic ទោះបីជាទឹកត្រូវបានបង្កើតក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ sol-gel ក៏ដោយ។ក្រៅពីល្បាយ "គ្មានជាតិគីមី" ដែលមានមូលដ្ឋានលើអាស៊ីត formic ទាំងនេះ រូបមន្ត sol-gel aqueous ជាមួយ HCl ជាកាតាលីករ និង H2O ជាសារធាតុ reagent (បូកនឹងសារធាតុរំលាយសរីរាង្គ) ក៏ត្រូវបានពិពណ៌នាផងដែរ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងករណីពិសេសនេះសម្រាប់ការសំយោគនៃសមាសធាតុស៊ីលីកាជាមួយ រាវអ៊ីយ៉ុងតែប៉ុណ្ណោះ (12-15) ។

ជាធម្មតា ionogels បង្ហាញ ion conductivity ទាបជាង ILE យោង។ជំនាន់ទី 1 នៃ ionogels មានចរន្តកំដៅក្នុងបន្ទប់ជាធម្មតាមានត្រឹមតែប្រហែល 30 ទៅ 50% នៃតម្លៃ ILE ភាគច្រើន ទោះបីជាឧទាហរណ៍ខ្លះឈានដល់ 80% ត្រូវបានរាយការណ៍ (9, 10, 16, 17) ។ឥទ្ធិពលនៃមាតិកា ILE និងលទ្ធផលនៃរូបវិទ្យារន្ធញើសលើការប្រព្រឹត្តិកម្ម ionogel ត្រូវបានស៊ើបអង្កេតយ៉ាងលម្អិតរួចហើយ (3);ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ គ្មានការសិក្សាជាប្រព័ន្ធនៃឥទ្ធិពលធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងចំណុចប្រទាក់ត្រូវបានគេដឹងនោះទេ។Wu et al ។(18) ថ្មីៗនេះបានរាយការណ៍អំពី ionogel ដែលមានមុខងារនៅក្នុងកន្លែង ដែលផ្តល់ភាពប្រសើរឡើងផងដែរ បើប្រៀបធៀបទៅនឹង ILE ភាគច្រើន។ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនេះត្រូវបានគេសន្មតថាជាអន្តរកម្មរវាង anion និងក្រុមមុខងារ 3-glycidyloxypropyl នៅលើផ្ទៃស៊ីលីកា។ការរកឃើញនេះគាំទ្រគំនិតដែលថាមុខងារផ្ទៃពិតជាអាចបង្កើនការផ្សព្វផ្សាយដំណើរការចំណុចប្រទាក់។

នៅក្នុងការងារនេះ យើងបង្ហាញពីការបង្កើតស្រទាប់ទឹកទឹកកករឹងនៅលើស៊ីលីកា និងលម្អិតអំពីយន្តការនៃការដឹកនាំ Li-ion interfacial ដោយការបង្កើនអន្តរកម្ម dipole រវាងស្រទាប់មុខងារទឹកកកលើផ្ទៃ និងស្រទាប់ adsorbed ionic liquid mesophase ។ដោយការរួមបញ្ចូលគ្នានៃផ្ទៃខាងក្នុងខ្ពស់ និងស្រទាប់មុខងារនៃទឹកកកក្រាស់ អេឡិចត្រូលីតណាណូសមាសធាតុរឹង (nano-SCE) ដែលមានចរន្ត Li-ion ខ្ពស់ជាង 200% ជាងការយោង ILE ភាគច្រើនត្រូវបានសម្រេច។ម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាត្រូវបានបង្ហាញថាមានរចនាសម្ព័ន្ធ mesoporous monolithic ពិតប្រាកដជាមួយនឹងបរិមាណរន្ធញើស និងផ្ទៃរហូតដល់ 90% និង 1400 m2/g ដូច្នេះការផ្តល់នូវសមាមាត្រផ្ទៃទៅកម្រិតសំឡេងដ៏ខ្លាំងដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការរួមចំណែកដ៏ធំនៃការពង្រឹងការដឹកនាំនៅតាមបណ្តោយចំណុចប្រទាក់ទាំងនេះ។ដោយការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពមុខងារនៃផ្ទៃស៊ីលីកា រួមជាមួយនឹងការបង្កើនសមាមាត្រផ្ទៃទៅកម្រិតសំឡេង ណាណូ-SCE ដែលមានចរន្តអ៊ីយ៉ុងលើសពី 10 mS/cm អាចនឹងត្រូវបានវិស្វកម្ម ហើយដូច្នេះវាមានភាពទាក់ទាញខ្លាំងសម្រាប់ថ្មដែលមានសមត្ថភាពធំសម្រាប់កម្មវិធីរថយន្ត។

ការផ្តោតអារម្មណ៍នៃក្រដាសរបស់យើងគឺនៅលើយន្តការនៃការពង្រឹងចំណុចប្រទាក់ conductivity តាមរយៈការបង្កើតស្រទាប់ mesophase ជាមួយនឹងភស្តុតាងពី Raman, Fourier transform infrared (FTIR) និង nuclear resonance magnetic resonance (NMR) spectroscopy ។ស្ថេរភាពចំណុចប្រទាក់នៃសម្ភារៈ nano-SCE របស់យើងនៅតង់ស្យុងខ្ពស់ត្រូវបានបង្ហាញដោយប្រើអេឡិចត្រូតលីចូមម៉ង់ហ្គាណែសអុកស៊ីដ (LMO) ខ្សែភាពយន្តស្តើង។នៅក្នុងវិធីនេះ ការផ្តោតសំខាន់រក្សាលើសម្ភារៈជាជាងលើការរួមបញ្ចូលអេឡិចត្រូត និងបញ្ហាការផ្គុំកោសិកា។ស្រដៀងគ្នានេះដែរបង្អួចអេឡិចត្រូគីមីនិងស្ថេរភាពប្រឆាំងនឹងបន្ទះដែកលីចូមត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈពេញលេញ។មុខងារ និងការរួមបញ្ចូលនៃ nano-SCE របស់យើងត្រូវបានបង្ហាញតាមរយៈការជួបប្រជុំគ្នា និងការវាយតម្លៃដំណើរការនៃកោសិកាលីចូមដែកផូស្វាត (LFP) និងលីចូមទីតានត (LTO) ។ស្ថេរភាពនៃអេឡិចត្រូលីតរបស់យើង និងអសកម្មអេឡិចត្រូគីមីនៃទឹកទឹកកកត្រូវបានបង្ហាញតាមរយៈការជិះកង់រយៈពេលវែងនៃកោសិកា Li-SCE-Li ស៊ីមេទ្រី។ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃដង់ស៊ីតេថាមពល ការអនុវត្តអត្រា និងដំណើរការជិះកង់នៃកោសិកាដែលបានផ្គុំយ៉ាងពេញលេញនឹងជាចំណុចផ្តោតនៃឯកសារតាមដាន (19, 20)។

ការលើកកម្ពស់ចរន្តអ៊ីយ៉ុងអន្តរមុខនៅក្នុងប្រព័ន្ធសមាសធាតុពីរដំណាក់កាលត្រូវបានគេស្គាល់ស្ទើរតែ 90 ឆ្នាំ (21) ។ឧទាហរណ៍ រហូតដល់ទៅបួនលំដាប់នៃការកើនឡើងនៃចរន្តអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបង្ហាញសម្រាប់សមាសធាតុនៃអំបិលលីចូមសាមញ្ញ ដូចជាលីចូមអ៊ីយ៉ូត ជាមួយនឹងភាគល្អិតអុកស៊ីដ mesoporous ដូចជាស៊ីលីកា ឬអាលុយមីណា បើប្រៀបធៀបទៅនឹងចរន្តអ៊ីយ៉ុងនៃអេឡិចត្រូលីតអំបិលសុទ្ធ (22) ។អ៊ីយ៉ុងនៅក្នុង SCEs ទាំងនេះអាចសាយភាយបានលឿនជាងនៅតាមបណ្តោយស្រទាប់អគ្គិសនី Li-ion-depleted (ឬ vacancy-rich) ដែលបង្កើតឡើងនៅចំនុចប្រទាក់អុកស៊ីត/អេឡិចត្រូលីត។ជាអកុសល ចរន្តអ៊ីយ៉ុងដែលទទួលបាននៅក្នុងសមាសធាតុរឹង-រឹងអ៊ីយ៉ុងដែលមានធាតុផ្សំពីរយ៉ាងសាមញ្ញទាំងនេះ (1) មិនលើសពីកម្រិត 1-mS/cm2 ដែលត្រូវការដើម្បីភ្ជាប់ចម្ងាយពីរបីរយមីក្រូម៉ែត្ររវាងចានប្រមូលបច្ចុប្បន្ននៅក្នុងថ្ម Li-ion .គោលគំនិតនៃសារធាតុ doping ច្រើនមុខជាមួយម៉ាទ្រីសអុកស៊ីតដើម្បីវិស្វកម្មចរន្តអ៊ីយ៉ុងក៏ត្រូវបានរុករកផងដែរសម្រាប់អេឡិចត្រូលីតប៉ូលីម៊ែរ (23) និង អ៊ីលអេល (24) ដែលមានចរន្តអ៊ីយ៉ុងខាងក្នុងខ្ពស់ជាងដើម្បីចាប់ផ្តើម។លើសពីនេះ គីមីវិទ្យាម៉ូលេគុលដ៏សម្បូរបែប (ស្តេរ៉េអូ) នៃធាតុផ្សំទីបី បើកយន្តការនៃដំណើរការអ៊ីយ៉ុងបន្ថែម ដោយសារម៉ូលេគុលដូចសារធាតុរំលាយប៉ូល (ឌី) អាចចូលរួមក្នុងការបង្កើតស្រទាប់ទ្វេអគ្គិសនី។ខណៈពេលដែលសកម្មភាពដោះស្រាយនៃក្រុមអេធើរនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតប៉ូលីអេទីលីនអុកស៊ីដប៉ូលីម័រផ្តល់នូវចរន្តអ៊ីយ៉ុងរដ្ឋរឹងនៃ ~10−6 S/cm សម្រាប់ LiClO4 ដល់ ~10−5 S/cm សម្រាប់ LiN(SO2CF3)2 សមាសធាតុរបស់វាជាមួយស៊ីលីកា អាអាលុយមីញ៉ូម ឬភាគល្អិតណាណូទីតានីពិតជាអាចផ្តល់នូវភាពប្រសើរឡើងជាង 10 ដងនៅក្នុងចរន្តអ៊ីយ៉ុងដែលបានវាស់វែង (25) ជាអកុសលនៅតែស្ថិតនៅក្រោមកម្រិតសីតុណ្ហភាពក្នុងបន្ទប់ 1 mS/cm ។ដំណោះស្រាយ ILE គឺជាល្បាយនៃសារធាតុរំលាយ Li-salt និងសារធាតុរំលាយរាវអ៊ីយ៉ុង ដែលអាចមានចរន្តអ៊ីយ៉ុងខាងក្នុងខ្ពស់ក្នុងចន្លោះពី 0.1 ទៅ 10 mS/cm (26, 27)។ការប៉ុនប៉ងជាច្រើនត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីបង្កើនចរន្តអ៊ីយ៉ុងដោយការលាយ ឬជែលវាជាមួយនឹងភាគល្អិតណាណូអុកស៊ីត ឬដើម្បីបង្ខាំង ILE នៅក្នុងមីក្រូភាគល្អិតតូចៗ (9, 16, 28, 29) ។ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់ពេលនេះ ពុំមានការពង្រឹងចរន្តអ៊ីយ៉ុងណាមួយត្រូវបានគេសង្កេតឃើញសម្រាប់សមាសធាតុផ្សំបីប្រភេទ Li-salt/ionic liquid/oxide composites (រូបភព S1)។ទោះបីជាការប្រើប្រាស់មីក្រូភាគល្អិតស៊ីលីកុន mesoporous បណ្តាលឱ្យមានចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងសមាសធាតុដែលមានភាគល្អិតណាណូរឹងក៏ដោយ ផ្ទៃនៃផ្ទៃ interfacial និងការផ្សព្វផ្សាយនៃចរន្តអ៊ីយ៉ុងគឺមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីលើសពីចរន្ត ILE ភាគច្រើននោះទេ។

ស៊ីលីកា Mesoporous គឺជាវត្ថុធាតុដើមដ៏ល្បីមួយដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់ក្នុងកាតាលីករ។ជាធម្មតាវាត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយ hydrothermal ឬសាមញ្ញ sol-gel សំយោគ។ដំណើរការ Hydrothermal ជាធម្មតានាំទៅរកម្សៅ mesoporous ប៉ុន្តែជាមួយនឹងការគ្រប់គ្រងយ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ននៃដំណើរការ sol-gel សីតុណ្ហភាពក្នុងបន្ទប់ កញ្ចក់ porous monoliths ឬ aerogels ធំក៏ត្រូវបានផលិតផងដែរ។ម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាត្រូវបានបង្កើតឡើងតាមរយៈប្រតិកម្មអ៊ីដ្រូលីស៊ីស និងការខាប់នៃ tetra-alkyl orthosilicates (30) ។គន្លឹះក្នុងការគ្រប់គ្រងរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើស គឺជាការប្រើប្រាស់គំរូ ឧទាហរណ៍ មីសែលប្រភេទ surfactant ដែលនៅជុំវិញម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាត្រូវបានបង្កើតឡើង។នៅពេលដែលអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបន្ថែមជាម៉ូលេគុលគំរូ នោះម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាដែលមានជាតិសំណើមមានអន្តរកម្មជាមួយអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង បង្កើតជាជែល ហើយបន្ទាប់ពីបិត និងស្ងួត អង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបង្ខាំងនៅក្នុងម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាណាណូប៉ូរ៉ូសរឹង (13)។នៅពេលដែលអំបិលលីចូមត្រូវបានបន្ថែមជាសមាសធាតុទីបី ILE ដែលបង្ខាំងនៅក្នុងម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាបង្កើតបានជាអេឡិចត្រូលីតស៊ីលីកាជែលដែលត្រូវបានគេសំដៅផងដែរថាជាអ៊ីយ៉ុងហ្គែល (24) ។ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រហូតមកដល់ពេលនេះ អេឡិចត្រូលីតស៊ីលីកាជែលទាំងនេះបង្ហាញពីចរន្តចរន្តចូលទៅជិតនៃ ILE ភាគច្រើន ប៉ុន្តែមិនលើសពីវាទេ លើកលែងតែករណីមួយដែលស៊ីលីកាត្រូវបានដំណើរការគីមី (សូមមើលការណែនាំ) (18) ។

នៅទីនេះ យើងបង្ហាញការផ្សព្វផ្សាយជាប្រព័ន្ធនៃចរន្ត Li-ion នៃ nanocomposite លើសពី ILE សុទ្ធ។ឧទាហរណ៍នៃ 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) ត្រូវបានប្រើនៅទីនេះ។វាត្រូវបានប្រកាសថាការស្រូបយកម៉ូលេគុលរាវអ៊ីយ៉ុងនៅលើផ្ទៃស៊ីលីកាដែលបានបញ្ចប់ OH ត្រូវបានលើកកម្ពស់ដោយវត្តមាននៃស្រទាប់ទឹកទឹកកក interfacial ។ការភ្ជាប់អ៊ីដ្រូសែនខ្លាំងរវាងទឹកទឹកកក និង TFSI- anion ជំរុញឱ្យមានការបញ្ជាទិញម៉ូលេគុលនៃអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង ស្រដៀងទៅនឹងដែនដែលបានបញ្ជាទិញដែលបង្កើតដោយឯកឯងនៅក្នុងអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង (31) ។ភាពខុសគ្នាសំខាន់ជាមួយដែនដែលបានបង្កើតដោយចៃដន្យនៅក្នុង ILE ភាគច្រើនគឺថាស្រទាប់ទឹកកកដើរតួជាស្រទាប់មុខងារដែល (i) បង្កើតលំដាប់ម៉ូលេគុលលើផ្ទៃអុកស៊ីដ ហើយ (ii) ណែនាំការភ្ជាប់ H ខ្លាំងគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីជំរុញ dipoles ឱ្យបញ្ចេញ Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃ។ សម្រាប់ការពង្រឹងដំណើរការ។បន្ទាប់ពីការកើនឡើងនៃកំហាប់ Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃ យើងនឹងបង្ហាញថាថាមពលសកម្មសម្រាប់ការសាយភាយមានកម្រិតទាបនៅតាមចំណុចប្រទាក់ផ្សំជាមួយនឹងស្រទាប់ ILE ដែលស្រូបយក និងស្រទាប់ទឹកកក។

ស្រទាប់ទឹកលើផ្ទៃក្រាស់-monolayers តិចតួចនៅលើស៊ីលីកាគឺជាស្រទាប់រឹងដូចដែលវាត្រូវបានភ្ជាប់យ៉ាងរឹងមាំទៅនឹងក្រុម silanol តាមរយៈ H-bridges ហើយដូច្នេះក៏ត្រូវបានគេហៅថាស្រទាប់ទឹកកក (32) ។ដង់ស៊ីតេ និងកម្រាស់របស់វា (ប៉ាន់ស្មានរហូតដល់ 3 ទៅ 4 monolayers ដែលមាន ~ 0.25 nm ក្នុងមួយ monolayer ទឹកកក) គឺស្ថិតនៅក្នុងលំនឹងទែរម៉ូឌីណាមិក ជាមួយនឹងសម្ពាធទឹកមួយផ្នែក [សំណើមទាក់ទង (RH)] នៅក្នុងបរិស្ថាន (រូបភព S2) ។យើងបង្ហាញថា ចរន្តអ៊ីយ៉ុងកើនឡើងជាមួយនឹងកម្រាស់នៃស្រទាប់ទឹកទឹកកក នៅពេលដែលការភ្ជាប់អ៊ីដ្រូសែនជាមួយស្រទាប់អ៊ីយ៉ុង adsorbed ក៏កើនឡើងផងដែរ។ស្រទាប់ទឹកទឹកកកមានស្ថេរភាពស្រដៀងនឹងទឹកគ្រីស្តាល់នៅក្នុងសមាសធាតុគីមី។នេះគឺផ្ទុយស្រឡះជាមួយនឹងអេឡិចត្រូលីត aqueous កំហាប់ខ្ពស់ ឬហៅថាទឹកនៅក្នុងល្បាយអំបិល ដែលបង្អួចអេឡិចត្រូគីមីត្រូវបានពង្រីកយ៉ាងខ្លាំង ប៉ុន្តែនៅទីបំផុត ទឹកនៅតែសកម្មគីមី (33)។

ខុសពីរូបមន្ត ionogel អាស៊ីត formic-catalyzed ធម្មតា យើងបានប្រើល្បាយ pH 5 ស្រាលជាមួយនឹងទឹកច្រើន ហើយ PGME (1-methoxy-2-propanol) ត្រូវបានបន្ថែមទៅ TEOS មុនគេជាមួយនឹងអំបិល Li-TFSI និង BMP-TFSI ionic liquid ។នៅ pH នេះ ប្រតិកម្មអ៊ីដ្រូលីស៊ីសគឺយឺត ខណៈពេលដែល condensation គឺអំណោយផល (30) ។អ៊ីយ៉ុង Li ត្រូវបានគេជឿថាដើរតួជាកាតាលីករសម្រាប់ប្រតិកម្មអ៊ីដ្រូលីស៊ីស ព្រោះថាមិនមានជាតិជែលកើតឡើងនៅពេលអវត្តមាននៃអំបិលលីចូម ខណៈពេលដែលទាំងពីរមាន pH ដូចគ្នានៃ 5។ សមាមាត្រ molar នៃអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងទៅនឹង TEOS (ហើយដូច្នេះ moieties ស៊ីលីកា) គឺ ចង្អុលបង្ហាញជាតម្លៃ x និងត្រូវបានផ្លាស់ប្តូររវាង 0.25 និង 2. សមាមាត្រ molar នៃ BMP-TFSI ទៅ Li-TFSI ត្រូវបានរក្សាទុកនៅ 3 (ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងដំណោះស្រាយ 1 M Li-ion) ។ការស្ងួតយឺតគឺចាំបាច់ដើម្បីរក្សាបាននូវភាពរឹងមាំនៃរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ monolith (សូមមើលសម្ភារៈ និងវិធីសាស្រ្ត)។រូបភាពទី 1A បង្ហាញរូបថតនៃគ្រាប់ monolithic ដែលទទួលបានបន្ទាប់ពីការសម្ងួតដោយខ្វះចន្លោះ។ការសម្ងួតដោយបូមធូលីរយៈពេល 72 ម៉ោងគឺគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីយកសំណើមទាំងអស់ចេញរហូតដល់ចំណុចមួយដែលទឹកដោយឥតគិតថ្លៃទាំងអស់ត្រូវបានដកចេញ ខណៈពេលដែលស្រទាប់ទឹកទឹកកក adsorbed នៅតែនៅដដែល ដូចដែលបានបញ្ជាក់ដោយ FTIR ។គ្មានរំញ័រសម្រាប់ទឹកដោយឥតគិតថ្លៃត្រូវបានរកឃើញនៅ 1635 សង់ទីម៉ែត្រ−1 នៅក្នុងគំរូណាមួយបន្ទាប់ពីជំហានស្ងួតដោយខ្វះចន្លោះ (រូបភាព 2) ។សម្រាប់ការប្រៀបធៀប វិសាលគម FTIR សម្រាប់គំរូ nano-SCE (x = 1.5) ដែលរក្សាទុករយៈពេល 1 សប្តាហ៍ក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ N2 នៅ 60% RH ត្រូវបានបង្ហាញ។ក្នុងករណីនេះ កំពូលទឹកមិនគិតថ្លៃច្បាស់លាស់លេចឡើង។ម៉្យាងវិញទៀត គំរូទាំងអស់បានបង្ហាញពីសញ្ញាច្បាស់លាស់សម្រាប់មុខងារផ្ទៃ silanol (Si─OH ពត់កោងចន្លោះពី 950 ទៅ 980 cm−1) និងស្រទាប់ទឹកទឹកកក adsorbed (O─H stretching at ~3540 cm−1) ភ្ជាប់ទៅនឹង ក្រុមផ្ទៃ ─OH ដោយ H-bonding (ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែមខាងក្រោម)។ដបទឹកត្រូវបានថ្លឹងថ្លែងមុន និងក្រោយពេលសម្ងួតជំហាន ដើម្បីវាស់ស្ទង់ទឹកដែលរក្សាទុកក្នុង nano-SCE (តារាង S1)។ក្រោយមកទៀត យើងនឹងគណនាចំនួន monolayers ដែលត្រូវគ្នានៃស្រទាប់ទឹកកកដែលជាប់នឹងផ្ទៃ ពីទម្ងន់លើស។គ្រាប់ដែលស្ងួតដោយខ្វះចន្លោះត្រូវបាននាំយកទៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ [<0.1-ppm (ផ្នែកក្នុងមួយលាន) H2O] ហើយរក្សាទុកក្នុងដបបិទជិត ដើម្បីរក្សាបរិមាណទឹកដើម។បរិមាណតូចមួយត្រូវបានយកចេញពីគ្រាប់សម្រាប់កំណត់លក្ខណៈបន្ថែមទៀត។

(ក) រូបភាពនៃគ្រាប់ nano-SCE ចំនួនពីរ (ខាងឆ្វេង) ដែលត្រូវបានសំយោគនៅក្នុង vial;បន្ទាប់ពី gelation គ្រាប់ថ្លាមួយត្រូវបានទទួល។ចំណាំថាគ្រាប់មានតម្លាភាពពេញលេញ ដូច្នេះហើយត្រូវបានផ្តល់ពណ៌លាំពណ៌ខៀវសម្រាប់ការមើលឃើញ។នៅពេលដែល ILE ត្រូវបានដកចេញ គ្រាប់ពណ៌សផុយមួយនៅសល់សម្រាប់ម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាដែលមានរន្ធច្រើន (ខាងស្តាំ)។(ខ) ស្កេនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង (SEM) រូបភាពនៃម៉ាទ្រីស SiO2 ដែលនៅសេសសល់បន្ទាប់ពីការដក ILE ចេញ។(C) ពង្រីករូបភាពដែលបង្ហាញក្នុង (B) ដែលពណ៌នាពីធម្មជាតិនៃវត្ថុធាតុម៉ាទ្រីសជាមួយនឹង macropores មួយចំនួន។(ឃ) រូបភាពមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន (TEM) ដែលបង្ហាញពីការវេចខ្ចប់ក្រាស់នៃភាគល្អិតស៊ីលីកាណាណូពី 7 ទៅ 10 nm ជាបណ្តុំនៃសម្ភារៈម៉ាទ្រីស porous ។(ង) porosity នៃរចនាសម្ព័ន្ធម៉ាទ្រីសដែលបានគ្រោងសម្រាប់សមាមាត្រ molar ផ្សេងគ្នានៃ ILE ទាក់ទងទៅនឹងតម្លៃ SiO2 (x) ។បន្ទាត់ដាច់ ៗ ផ្តល់ឱ្យ porosity ទ្រឹស្តីដែលបានកំណត់ពីប្រភាគនៃ ILE និង silica ។សំណាកដែលលាងដោយអាសេតូន (ការ៉េខ្មៅ) ត្រូវបានស្ងួតហួតហែងក្នុងខ្យល់ ដែលផ្តល់នូវការដួលរលំផ្នែកខ្លះនៃរចនាសម្ព័ន្ធសម្រាប់ x> 0.5 ។ការសម្ងួត CO2 Supercritical នៃ nano-SCE អេតាណុលដែលលាងជម្រះ (រង្វង់ពណ៌បៃតង) ការពារការដួលរលំរហូតដល់ x = 2 សម្រាប់ការដក CO2 យឺតបន្ថែម (រង្វង់ចំហ)។BET, Brunauer-Emmett-Teller ។ឥណទានរូបថត៖ Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic ។

(ក) វិសាលគម IR នៃ nano-SCE ស្ងួតក្នុងកន្លែងទំនេរ (ខ្មៅ) ហើយស្ងួតជាបន្តបន្ទាប់ទៀតក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃដែលមាន 0.0005% RH រយៈពេល 9 ថ្ងៃ (ពណ៌ខៀវ) និងប៉ះពាល់នឹង 30% RH រយៈពេល 4 ថ្ងៃ (ក្រហម) និងដល់ 60 % RH សម្រាប់ 8 ថ្ងៃ (បៃតង) រៀងគ្នា។au, ឯកតាបំពាន។(ខ) វ៉ុលស៊ីក្លូនៃជង់ Li/SCE/TiN ដែលមានតម្លៃ x នៃ 1.0 (ខៀវ), 1.5 (បៃតង) និង 2.0 (ក្រហម) និងនៃសេចក្តីយោង ILE (ខ្មៅ);inset បង្ហាញចរន្តក្នុងមាត្រដ្ឋានលោការីត។(C) វ៉ុលស៊ីក្លូនៃ Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 stack (ក្រហម), ILE (ចំណុចខ្មៅ) និង ILE ឡើងដោយមានទម្ងន់ 5% (wt %) H2O (បន្ទាត់ដាច់ៗពណ៌ខៀវ);នៅក្នុង (B) និង (C) ការវាស់វែងជាមួយ ILE និង ILE ជាមួយ H2O ត្រូវបានធ្វើឡើងក្នុងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតបីជាមួយ TiN ជាអេឡិចត្រូតដំណើរការ និង Li ជាអេឡិចត្រូតរាប់ និងយោង។SCE ត្រូវបានសម្ងួតរយៈពេល 2 ថ្ងៃក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ បន្ទាប់ពីស្ងួតដោយខ្វះចន្លោះ។

ចរន្តអ៊ីយ៉ុង (σi) នៃ nano-SCE របស់យើងដែលខ្វះចន្លោះ បានកើនឡើងជាមួយនឹងប្រភាគបរិមាណនៃតម្លៃ ILE (x) សម្រាប់សមាសធាតុភាគល្អិត (រូបភាព S1) ។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងករណីនេះ ចរន្តអ៊ីយ៉ុងលើសពី ILE សុទ្ធដោយខ្លួនវាច្រើនជាង 200% សម្រាប់តម្លៃ x ខ្ពស់បំផុត (រូបភាព 3) ។លើសពីនេះ ការពឹងផ្អែកលើសីតុណ្ហភាពនៃ nano-SCE ជាមួយនឹងចរន្តអ៊ីយ៉ុងដែលប្រសើរឡើងបានបង្ហាញពីអាកប្បកិរិយាខុសពី ILE សុទ្ធ៖ ចំណែកឯ Li-TFSI នៅក្នុង BMP-TFSI ILE បង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងច្បាស់នៅក្នុងចរន្ត និងថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម (ជម្រាល) ជុំវិញការរលាយ។ ចំណុចនៃល្បាយនៅសីតុណ្ហភាព 29 ° C, nano-SCE ដែលមានចរន្តអគ្គិសនីប្រសើរឡើង។ជំនួសមកវិញ វាបង្ហាញពីការប្រែប្រួលជាបន្តបន្ទាប់នៅក្នុង σi ជាមួយនឹងសីតុណ្ហភាព ដែលបង្ហាញថាប្រភេទដំណាក់កាល ឬ mesophase ដែលមិនស្គាល់អត្តសញ្ញាណពីមុនត្រូវបានបង្កើតឡើង ដែលបន្ទាប់មកទទួលខុសត្រូវចំពោះចរន្តដែលប្រសើរឡើង។ជាងនេះទៅទៀត ជម្រាលតូចជាង ហើយដូច្នេះថាមពលសកម្មទាបសម្រាប់ការសាយភាយសម្រាប់ nano-SCE បើប្រៀបធៀបទៅនឹង ILE បង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិសម្ភារៈផ្សេងៗគ្នា (រូបភព S3)។វាត្រូវបានសន្មត់ថាអន្តរកម្មដ៏រឹងមាំរវាងម៉ូលេគុលរាវអ៊ីយ៉ុង និងស្រទាប់ទឹកកករឹងនៅលើរន្ទាស៊ីលីកាគឺទទួលខុសត្រូវចំពោះអាកប្បកិរិយារបស់ mesophase ដែលបានសង្កេត ដូចដែលនឹងត្រូវបានពិភាក្សាជាមួយគំរូដែលបានស្នើឡើងខាងក្រោម។

(ក) ការពឹងផ្អែកលើសីតុណ្ហភាពនៃចរន្តនៃ nano-SCEs ស្ងួតអស់រយៈពេល 8 ថ្ងៃនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ (GB) ជាមួយនឹងតម្លៃ x នៃ 2 (ការ៉េខ្មៅ) 1.75 (រង្វង់ពណ៌ទឹកក្រូច) 1.5 (ត្រីកោណពណ៌ខៀវ) និង 1.0 (ត្រីកោណពណ៌បៃតង ) និងឯកសារយោង ILE (បើកការ៉េ)។(ខ) ដំណើរការនៃ nano-SCEs ស្ងួតបន្ថែមក្នុង GB រយៈពេល 0 ថ្ងៃ (ការ៉េពណ៌បៃតង) 10 ថ្ងៃ (ត្រីកោណខ្មៅ) និង 138 ថ្ងៃ (ត្រីកោណពណ៌ខៀវ)។(គ) ចរន្តអគ្គិសនីធៀបនឹងឫសការ៉េនៃពេលវេលាស្ងួតនៃ nano-SCE ជាមួយនឹងតម្លៃ x នៃ 2 (ការ៉េខ្មៅ), 1.5 (ត្រីកោណពណ៌ខៀវ), 1.0 (ត្រីកោណពណ៌បៃតង) និង 0.5 (ពេជ្រពណ៌ត្នោត)។(ឃ) ភាពធន់នៃ nano-SCE ជាមួយ x = 2 (ការ៉េខ្មៅ) 1.5 (ត្រីកោណពណ៌ខៀវ) និង 1.0 (ត្រីកោណពណ៌បៃតង) ដែលលាតត្រដាងនៅក្នុងបន្ទប់សំណើមដែលពោរពេញទៅដោយ N2 ។

បរិយាកាស argon នៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃមានទឹកតិចជាង 0.1 ppm ដែលត្រូវនឹង 0.0005% RH សម្ពាធទឹកមួយផ្នែកនៃ 0.01 Pa ឬចំណុចទឹកសន្សើម −88°C ។ដោយសារចំនួនស្រទាប់ទឹក adsorbed នៅលើស៊ីលីកាដែលបញ្ចប់ដោយ silanol គឺស្ថិតនៅក្នុងលំនឹងជាមួយនឹងសម្ពាធផ្នែកនៃទឹក (រូបភព S2) ទឹកលើផ្ទៃនឹងសាយភាយបន្តិចម្តងៗចេញពី nano-SCE ហើយ sublimate នៅគែម។រូបភាពទី 3C បង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរចរន្តសម្រាប់ 23 μl នៃ nano-SCE ជាមុខងារនៃម៉ោងស្នាក់នៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ។ចរន្តអ៊ីយ៉ុងថយចុះជាមួយនឹងការសម្ងួតរហូតដល់វាឆ្អែតក្នុងតម្លៃមួយដែលត្រូវគ្នានឹងផ្ទៃស៊ីលីកាក្នុងលំនឹងជាមួយនឹងសម្ពាធផ្នែកទឹកនៃ 0.01 Pa នៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ។សូម្បីតែនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌស្ងួតខ្លាំងនៃប្រអប់ស្រោមដៃក៏ដោយ យ៉ាងហោចណាស់មានស្រទាប់ monolayer នៃទឹក adsorbed នៅលើ silanol ព្រោះថា Raman spectroscopy នៅតែបង្ហាញសញ្ញានៅ 3524 cm−1 ដែលជាក់លាក់សម្រាប់ monolayer ដំបូងនៃទឹក adsorbed នៅលើ silanol (រូបភាព 4B) ។ចរន្តអ៊ីយ៉ុងនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌឆ្អែតគឺទាបជាង ILE នីមួយៗក្នុងគ្រប់ករណីទាំងអស់។ដូច្នេះ ការពង្រឹងគឺមិនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីទូទាត់សងសម្រាប់ការបាត់បង់ចរន្តអ៊ីយ៉ុងនៃ ILE ដែលបានបង្ខាំងនៅក្នុងស្នូលនៃរន្ធញើសនោះទេ។

(ក) វិសាលគម IR នៃ nano-SCE ដែលមានតម្លៃ x នៃ 1.5 (ក្រហម) សេចក្តីយោង ILE (ខ្មៅ) និង SiO2 (ពណ៌ខៀវ) ដែលបង្ហាញថាក្រុម O═S═O (1231 សង់ទីម៉ែត្រ−1) ត្រូវបានចូលរួមនៅក្នុង អន្តរកម្មជាមួយក្រុម OH នៅលើផ្ទៃស៊ីលីកា។(ខ) វិសាលគមរ៉ាម៉ាននៃ nano-SCE ជាមួយនឹងតម្លៃ x នៃ 2 (ខ្មៅ) 1.5 (ក្រហម) និង 0.5 (ពណ៌ខៀវ) ដែលបង្ហាញពីវត្តមានរបស់ទឹកទឹកកកដែលជាប់នៅលើស៊ីលីកាដែលបញ្ចប់ដោយសារធាតុ silanol សូម្បីតែសម្រាប់ nano-SCE ជិតឆ្អែត (0.0005 % RH) ក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ (៣០ថ្ងៃ)។(C) គំរូដែលបានស្នើឡើងសម្រាប់អន្តរកម្មចំណុចប្រទាក់នៅក្នុង nano-SCE ជាមួយការបំបែក Li-TFSI ទៅជា Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃ ខណៈដែល TFSI- anion ចែករំលែកផ្នែកនៃបន្ទុកអវិជ្ជមានរបស់វាជាមួយនឹងស្រទាប់ទឹកកក adsorbed-TFSI-BMP ។ពណ៌តំណាងឱ្យធាតុផ្សេងៗគ្នាជាមួយពណ៌ស្វាយ (ស៊ីលីកុន) ក្រហម (លីចូម) ពណ៌លឿងងងឹត (ស្ពាន់ធ័រ) ទឹកក្រូច (អុកស៊ីសែន) ពណ៌ខៀវ (អាសូត) ស (អ៊ីដ្រូសែន) និងបៃតង (ហ្វ្លុយអូរីន) ។បន្ទាត់ដាច់ៗពណ៌ស្វាយតំណាងឱ្យចំណងអ៊ីដ្រូសែនរវាងក្រុម O═S នៃ TFSI anion និងក្រុម OH នៃផ្ទៃស៊ីលីកាអ៊ីដ្រូសែន។អ៊ីយ៉ុង Li+ ដែលបានកំណត់ដោយឥតគិតថ្លៃដោយ dipole លើស្រទាប់ adsorbed អាចធ្វើចំណាកស្រុកតាមរយៈទូរស័ព្ទចល័តជាបន្តបន្ទាប់ ឬសាយភាយស្រទាប់រាវអ៊ីយ៉ុងពីលើស្រទាប់ចំណុចប្រទាក់។ចំណាំថា អាស្រ័យលើភាពខ្លាំងនៃចំណងអ៊ីដ្រូសែន និងបន្ទុកសមមូលនៅលើស៊ីលីកា ស្រទាប់ adsorbed ជាច្រើនអាចត្រូវបានបង្កើតឡើងផងដែរ។វិសាលគមពេញលេញត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ស ៨.

ការសង្កេតគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយគឺទំនាក់ទំនងលីនេអ៊ែរជាមួយឫសការ៉េនៃពេលវេលាស្ងួតដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 3C ដែលបង្ហាញថាការផ្លាស់ប្តូរចរន្តគឺសមាមាត្រដោយផ្ទាល់ទៅនឹងការផ្លាស់ប្តូរបរិមាណនៃទឹកទឹកកកដែលស្រូបយកនៅលើស៊ីលីកា ហើយការយកចេញនៃទឹកលើផ្ទៃនេះគឺ ការសាយភាយមានកំណត់។ចំណាំថា "ការសម្ងួត" កើតឡើងតែនៅក្នុងបរិយាកាសបើកចំហដែល RH ទាបជាងស្រទាប់ទឹកកកដែលមានលំនឹង។ចរន្តមិនផ្លាស់ប្តូរគួរឱ្យកត់សម្គាល់ទេ ឧទាហរណ៍នៅក្នុងកោសិកាកាក់បិទជិត ដែលប្រើសម្រាប់ការវាស់វែងអាស្រ័យលើសីតុណ្ហភាព។

ការពឹងផ្អែកលើសីតុណ្ហភាពនៃ nano-SCE ត្រូវបានវាស់សម្រាប់ពេលវេលាផ្សេងគ្នានៃការស្ងួតនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ។នៅពេលដែលចរន្តនៃ nano-SCE ស្ងួតបានខិតជិត ILE នោះ σi ធៀបនឹង 1/T ទម្រង់បន្តសម្រាប់ចរន្តនៃ mesophase បានផ្លាស់ប្តូរជាបណ្តើរៗទៅជាទម្រង់សម្រាប់ ILE ដោយបង្ហាញពីការធ្លាក់ចុះនៅជុំវិញចំណុចរលាយរបស់វា (រូបភព S3)។ការសង្កេតនេះគាំទ្របន្ថែមទៀតដល់ការសន្មត់ថាស្រទាប់ទឹកកកដើរតួជាស្រទាប់មុខងារសម្រាប់អន្តរកម្មចំណុចប្រទាក់ជាមួយ ILE ដែលបណ្តាលឱ្យមានឥរិយាបទ mesophase នៅក្នុង nano-SCE ។ដូច្នេះនៅពេលដែលស្រទាប់មុខងារត្រូវបានដកចេញ ILE គ្រាន់តែជាការបង្ខាំងនៅក្នុងភ្នាសអុកស៊ីដ mesoporous ។

ការវាស់វែងនៃបង្អួចស្ថិរភាពអេឡិចត្រូគីមីបញ្ជាក់ថាទឹកទឹកកកនៅក្នុង nano-SCE មានស្ថេរភាព ដោយសារមិនមានកម្រិតកំពូលសម្រាប់ការកាត់បន្ថយទឹក ឬអុកស៊ីតកម្មត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅអេឡិចត្រូត TiN និចលភាព (រូបភាពទី 2) ឬនៅអេឡិចត្រូតហ្វីលស្តើង TiO2 ដែលធ្វើសកម្មភាពផ្សេង។ ជាកាតាលីករអេឡិចត្រូសម្រាប់កាត់បន្ថយទឹក។ផ្ទុយទៅវិញ ស្ថេរភាពអេឡិចត្រូតនៃ nano-SCE គឺស្រដៀងទៅនឹង ILE ហើយដូច្នេះកំណត់ដោយការកត់សុីនៃ TFSI- នៅសក្តានុពលអេឡិចត្រូត >4.3 V និងការកាត់បន្ថយ TFSI− និង BMP+ នៅសក្តានុពល <1 V ធៀបនឹង Li+/Li (៣៣).សម្រាប់ការប្រៀបធៀប វ៉ុលតាំម៉ូក្រាមត្រូវបានបង្ហាញសម្រាប់ ILE ជាមួយនឹងការបន្ថែមទឹក 5 % (wt %) (មាតិកាស្រដៀងគ្នាដូចជាសម្រាប់ nano-SCE មួយចំនួន សូមមើលតារាង S1) ។ក្នុងករណីនេះ សាខា cathodic សម្រាប់ការកាត់បន្ថយទឹកត្រូវបានវាស់ភ្លាមៗបន្ទាប់ពីកំពូល Li-intercalation នៃ anatase នៅ 1.5 V ធៀបនឹង Li +/Li ។

ស្ថេរភាពកម្ដៅ និង (អេឡិចត្រូ) គីមីនៃ nano-SCE ភាគច្រើនត្រូវបានកំណត់ដោយឧបករណ៍បំពេញ ILE ។ការវិភាគទែម៉ូក្រាវីម៉ែត្រ (TGA) បានបង្ហាញពីស្ថេរភាពកម្ដៅនៃ SCE និង ILE រហូតដល់ 320°C ដោយមិនគិតពីសមាមាត្រ ILE ទៅស៊ីលីកា (រូបភាព S4)។លើសពីសីតុណ្ហភាពនេះ Li-TFSI និង BMP-TFSI រលាយទាំងស្រុងទៅជាសមាសធាតុងាយនឹងបង្កជាហេតុ ហើយមានតែម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាប៉ុណ្ណោះដែលនៅសល់នៅជុំវិញ 450 °C។ភាគរយម៉ាសដែលនៅសេសសល់បន្ទាប់ពីការរលាយកំដៅពិតជាត្រូវគ្នាយ៉ាងល្អជាមួយនឹងប្រភាគនៃស៊ីលីកានៅក្នុង SCE ។

ណាណូ-SCE មិនបានបង្ហាញរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូទស្សន៍ច្បាស់លាស់នៅក្នុងមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កែន (SEM) ទេ លើកលែងតែផ្ទៃរលោងដែលមានបំណះស៊ីលីកាខ្លះលេចចេញ (រូបភាព S5)។ដង់ស៊ីតេជាក់លាក់នៃ SCE ត្រូវបានកំណត់ជាមួយនឹងឧបករណ៍វាស់អេលីយ៉ូម ហើយមានប្រហែល 1.5 ក្រាម/cm3 សម្រាប់តម្លៃ x ទាំងអស់ (តារាង S1) ។ម៉ាទ្រីសស៊ីលីកាពេញលេញត្រូវបានបង្ហាញដោយការទាញយកដ៏គួរឱ្យធុញទ្រាន់នៃ ILE នៅក្នុងសារធាតុរំលាយ (សូមមើល សម្ភារៈ និងវិធីសាស្រ្ត)។ដោយការសម្ងួតដោយប្រុងប្រយ័ត្ននៅចំណុចសំខាន់នៃឧស្ម័នកាបូនិក ម៉ូណូលីតនៃខ្យល់អាកាសនៅដដែលអាចទទួលបានដូចអ្វីដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 1A។ការត្រួតពិនិត្យ SEM បង្ហាញពីរន្ទានៃស៊ីលីកា mesoporous ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតរន្ធញើស 10 ទៅ 30-nm ដែលត្រូវបានរុំជុំវិញ macropores ធំជាងពី 100 ទៅ 150 nm ដូចដែលអាចមើលឃើញនៅក្នុងរូបភាពទី 1 (B និង C)។មីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូនដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ (TEM) (រូបភាព 1D) បានលាតត្រដាងបន្ថែមទៀតនូវរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូដែលផ្សំឡើងដោយសារធាតុ nanoparticles ស៊ីលីកាដែលខ្ចប់យ៉ាងជិតស្និទ្ធ។អង្កត់ផ្ចិតភាគល្អិតជាមធ្យមមានចាប់ពី 7 ទៅ 14 nm សម្រាប់តម្លៃ x រវាង 0.5 និង 1.5 ។

ផ្ទៃជាក់លាក់ [Brunauer-Emmett-Teller (BET)] ភាព porosity ទំហំរន្ធញើសជាមធ្យម និងការចែកចាយទំហំរន្ធញើសត្រូវបានកំណត់ជាមួយនឹងការវាស់ស្ទង់ N2 adsorption/desorption (តារាង S1 និងរូបភព S6)។ការដួលរលំផ្នែកខ្លះនៃរចនាសម្ព័ន្ធ និងការដកយកចេញមិនពេញលេញនៃសារធាតុ adsorbed ILE អាចបង្ហាញលេខខុសខ្លះ។ការស្រង់ចេញដោយប្រុងប្រយ័ត្ននៃអង្គធាតុរាវ ionic និងការស្ងួតយឺតដោយប្រើ CO2 supercritical បានផ្តល់ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ លទ្ធផលដែលអាចទុកចិត្តបាននៅជិត porosity ដែលរំពឹងទុកដែលបានគណនាពីប្រភាគនៃ ILE ទៅ silica (រូបភាព 1) ។ផ្ទៃ BET មានចន្លោះពី 800 ទៅ 1000 m2/g ។ទំហំរន្ធញើសជាមធ្យមដែលទទួលបានពីជម្រាលនៃ isotherm មានចន្លោះពី 7 ទៅ 16 nm ។លើសពីនេះទៀតប្រភាគតូចនៃរន្ធញើសធំរហូតដល់ប្រហែល 200 nm ត្រូវបានវាស់ (រូបភព S6) ស្របតាមការសង្កេតរបស់ SEM ។អង្កត់ផ្ចិតនៃរន្ធញើសត្រូវគ្នាយ៉ាងល្អជាមួយនឹងកម្រាស់ស្មើនឹងពីរដងនៃស្រទាប់ ILE ដែលទទួលបានពីប្រភាគបរិមាណ ILE និងផ្ទៃ BET ដែលមានន័យថា mesopores ត្រូវបានបំពេញដោយ ILE ទាំងស្រុង។

ផ្ទៃ BET ដែលបានរាយការណ៍គឺសម្រាប់តែ mesopores និង macropores ប៉ុណ្ណោះ។សម្រាប់ម៉ាទ្រីសដែលលាងដោយអាសេតូន មីក្រូផរ (~0.6 nm) ក៏ត្រូវបានវាស់ផងដែរ។micropores ត្រូវបានរកឃើញរវាង nanoparticles silica បុគ្គលដែលបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធដូចដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាព TEM នៃរូបភាព 1D ។ផ្ទៃដីបន្ថែមអតិបរមារវាង 650 (x = 0.5) និង 360 m2/g (x = 1.5) ត្រូវបានប៉ាន់ស្មាន (តារាង S1) ។

ទាំង FTIR និង Raman spectra បង្ហាញភស្តុតាងច្បាស់លាស់សម្រាប់ក្រុម silanol ជាមួយនឹងម៉ូលេគុលទឹកទឹកកក adsorbed នៅលើម៉ាទ្រីស silica porosity ខ្ពស់ ជាមួយនឹងផ្ទៃដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្លាំងលើសពី 1400 m2/g នៅពេលយកទៅក្នុងគណនី micropores mesopores និង macropores ។រវាងសូន្យ និងបីទឹក monolayers ត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណពីទឹកលើសនៅក្នុង nano-SCE សម្រាប់ x < 1.75 ។សម្រាប់ស៊ីលីកា planar ស្រទាប់ monolayers បីដំបូងនៃទឹក adsorbed គឺពិតជាត្រូវបានចាត់ទុកថាមិនអាចចល័តបាន និងដូចរឹង ដោយសារតែការភ្ជាប់អ៊ីដ្រូសែនខ្លាំងរបស់ពួកគេទៅនឹងផ្ទៃដែលបានបញ្ចប់ OH (32) (សូមមើលរូបភព។ S2) ។ការលាតសន្ធឹង O─H ដែលត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងអ៊ីដ្រូសែន silanol ដែលភ្ជាប់ទៅនឹងស្រទាប់ទឹកទឹកកកត្រូវបានរកឃើញនៅ 3540 សង់ទីម៉ែត្រ−1 នៅក្នុងវិសាលគម FTIR ។ណាណូ-SCEs ទាំងអស់បង្ហាញឱ្យឃើញនូវកំពូលជាក់លាក់មួយនៅ 3540 សង់ទីម៉ែត្រ−1 សម្រាប់ទឹកទឹកកកបន្ទាប់ពីការស្ងួតដោយខ្វះចន្លោះ និងបន្ទាប់ពីស្ងួតបន្ថែមទៀតនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ (រូបភាព 2) ។សូម្បីតែសម្រាប់ nano-SCE ដែលមានលំនឹងនៅ 0.0005% RH (ប្រអប់ស្រោមដៃ) Raman spectroscopy នៅតែបង្ហាញវត្តមានយ៉ាងហោចណាស់ monolayer មួយផ្នែក (រូបភាព 4B)។monolayer ទីបួននៅលើ planar silica ត្រូវបានគេជឿថាជាស្រទាប់អន្តរកាល មានន័យថាវានៅតែត្រូវបានស្រូបយក និងដាក់កម្រិត ប៉ុន្តែអាចមានភាពចល័តខ្លះ។ចាប់ពីស្រទាប់ទីប្រាំ ទឹកក្លាយទៅជាចល័ត និងដូចរាវ។ទឹកដូចរាវនឹងបង្ហាញនៅលេខរលកខ្ពស់ក្នុងវិសាលគម FTIR ដោយសារតែកម្រិតទាបនៃ H-bonding នៅក្នុងទឹករាវ។សម្រាប់ nano-SCE ដែលប៉ះពាល់ទៅនឹង 60% RH កំពូល 3540-cm-1 ពិតជាបង្ហាញពីការរំញ័របន្ថែមបានផ្លាស់ប្តូរទៅជាលេខរលកខ្ពស់ជាងមុន ដោយសារតែស្រទាប់ទឹកដែលស្រូបយកបន្ថែម។គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ក្នុងន័យនេះគឺការពិសោធន៍ដែលសំណាកគំរូត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹង 30% RH ព្រោះថាមិនទាន់មានទឹករាវណាមួយត្រូវបានគេរំពឹងទុកនៅលើស៊ីលីកានៅសំណើមនេះ (រូបភព S2)។សម្រាប់គំរូនេះ មានតែកំពូល 3540 សង់ទីម៉ែត្រ−1 សម្រាប់ទឹកទឹកកកប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុង FTIR ។បន្ថែមពីលើនេះទៀត មិនមានការរកឃើញកំពូលទឹកដោយឥតគិតថ្លៃនៅ 1635 សង់ទីម៉ែត្រ−1 ទេ សូម្បីតែបន្ទាប់ពី 4 ថ្ងៃនៅ 30% RH ។នេះមានន័យថាទឹកមិនត្រូវបានស្រូបយកដោយ hygroscopic Li-TFSI ដែលត្រូវបានរំលាយនៅក្នុង hydrophobic BMP-TFSI នៅពេលដែល nano-SCE ត្រូវបានស្ងួតដោយវិធីបូមធូលី។ដូច្នេះទឹកបន្ថែមណាមួយនៅក្នុង SCE នឹងត្រូវបានស្រូបយកទៅលើផ្ទៃស៊ីលីកាដែលបញ្ចប់ដោយ OH ។ដូច្នេះ សម្រាប់ស៊ីលីកា Planar, SCE silica matrix គឺស្ថិតនៅក្នុងលំនឹងជាមួយនឹងសម្ពាធផ្នែកនៃទឹកនៅក្នុងបរិស្ថាន។

ដើម្បីសាកល្បងសម្មតិកម្មនេះបន្ថែមទៀត ចរន្តអ៊ីយ៉ុងនៃ nano-SCE (x = 1, 1.5, និង 2) ត្រូវបានវាស់នៅភាពខុសគ្នា % RH;សំណាកត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹងល្បាយដែលបានគ្រប់គ្រងនៃឧស្ម័ន N2 ស្ងួត និងសំណើមនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃរយៈពេល 2 ថ្ងៃ ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យគម្របទឹក adsorbed ឈានដល់លំនឹង (រូបភាព 3D) ។សម្រាប់ពិន្ទុនៅ ~0% RH ចរន្តសម្រាប់ nano-SCE ដែលមានលំនឹងនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃត្រូវបានគេយក។គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើល ចរន្តអ៊ីយ៉ុងធៀបនឹងទម្រង់ RH(%) បានធ្វើតាមអាកប្បកិរិយារំពឹងទុកសម្រាប់ការស្រូបទឹកនៅលើស៊ីលីកា planar (រូបភាព S2) ។រវាង 0 និង 30% RH ចរន្តកើនឡើងជាមួយនឹងការកើនឡើង RH ។ដូចដែលបានរំពឹងទុកសម្រាប់ការកើនឡើងនៃដង់ស៊ីតេ និងកម្រាស់ស្រទាប់ទឹកកក adsorbed (ដែលត្រូវគ្នានឹងស្រទាប់ទឹកកកមួយទៅបីនៅលើ planar silica)។ចំណាំថា FTIR បានបង្ហាញថាមិនមានទឹកដោយឥតគិតថ្លៃនៅក្នុង nano-SCE អស់រយៈពេលជាច្រើនថ្ងៃនៅ 30% RH ។ការផ្លាស់ប្តូរត្រូវបានគេមើលឃើញនៅជុំវិញ 50% RH ដែលត្រូវគ្នានឹងលក្ខខណ្ឌដែលស្រទាប់ទឹក adsorbed អន្តរកាលត្រូវបានរំពឹងទុកសម្រាប់ planar silica ។ជាយថាហេតុ ការកើនឡើងជាជំហានៗនៃចរន្តអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានគេរកឃើញឆ្ពោះទៅរក 60% និងសំណើមខ្ពស់ជាង ដែលស្រដៀងនឹងស៊ីលីកា planar ឥឡូវនេះ ស្រទាប់ទឹកដូចរាវទំនងជាត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅចំណុចប្រទាក់រវាងស៊ីលីកា និង ILE ដែលបានបង្កប់។ជាមួយនឹង FTIR ស្រទាប់ទឹករាវនៅលើស្រទាប់ទឹកកកឥឡូវនេះត្រូវបានរកឃើញដោយការផ្លាស់ប្តូរនៃកំពូលរំញ័រ silanol/ice/water ទៅជាថាមពលខ្ពស់ជាង (រូបភាព 2A)។ការផ្លាស់ប្តូរដែលបានសង្កេតឃើញនៅក្នុងចរន្តគឺអាចបញ្ច្រាស់បាន;ដូច្នេះ nano-SCE អាចដើរតួជាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាសំណើម និងអេឡិចត្រូលីត Li-ion ។ពីរូបភព 3D ចរន្តអ៊ីយ៉ុងនៃ nano-SCE ភ្លាមៗបន្ទាប់ពីការខ្វះចន្លោះត្រូវគ្នានឹងស៊ីលីកាអ៊ីដ្រូសែនដែលមានលំនឹងនៃ ~10% RH ។ចរន្តអ៊ីយ៉ុងសម្រាប់ការតិត្ថិភាពក្នុងលក្ខខណ្ឌបន្ទប់ស្ងួត (~ 0.5% RH) នឹងមានប្រហែល 0.6 mS/cm (សម្រាប់ x = 2) ។ការពិសោធន៍នេះបង្ហាញឱ្យឃើញពីឥទ្ធិពលនៃទឹក interfacial លើចរន្តអ៊ីយ៉ុង។សម្រាប់ RH > 60% ចរន្តអ៊ីយ៉ុងខ្ពស់ជាងអាចត្រូវបានពន្យល់ដោយការសាយភាយលឿននៃសារធាតុរំលាយ Li+ តាមរយៈស្រទាប់ដូចរាវ។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងករណីនៃស្រទាប់ទឹកកករឹង ការសាយភាយ Li+ ion នឹងជាការសាយភាយប្រភេទរឹង ហើយដូច្នេះយឺតជាងតាមរយៈអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង។ផ្ទុយទៅវិញ ភាពប្រសើរឡើងនេះ ត្រូវបានសន្មតថាជាការបង្កើនការស្រូបយកសារធាតុ anions សរីរាង្គ និង cations នៃម៉ូលេគុលរាវ Li-អំបិល និងអ៊ីយ៉ុង ដូចដែលបានស្នើឡើងក្នុងគំរូខាងក្រោម។

យើងស្នើគំរូមួយដែលម៉ូលេគុលរាវអ៊ីយ៉ុងត្រូវបានស្រូបយកនៅលើផ្ទៃស៊ីលីកាតាមរយៈ H-bridges ជាមួយនឹងស្រទាប់ទឹកកក immobile នៅលើក្រុម silanol (រូបភាព 4) ។ធម្មជាតិខាងក្នុងនៃប្រតិកម្មខាប់អ៊ីដ្រូលីស៊ីសផ្តល់នូវដង់ស៊ីតេស៊ីឡាណុលខ្ពស់បំផុត (៤ × ១០១៤ ដល់ ៨ × ១០១៤ ស។ភ័ស្តុតាងសម្រាប់អន្តរកម្មម៉ូលេគុលរវាងអាតូម O នៃ anions TFSI និងស៊ីលីកាត្រូវបានផ្តល់ឱ្យដោយ FTIR ដែលបង្ហាញពីការកើនឡើងទ្វេដងនៃ O═S═O សម្រាប់ nano-SCE ទាំងអស់បើប្រៀបធៀបទៅនឹងឯកសារយោង ILE (រូបភាព 4A; វិសាលគមពេញលេញ នៅក្នុងរូបភាព S8) ។ការផ្លាស់ប្តូរនៃកំពូលបន្ថែមទៀតដែលមានប្រហែល −5 cm−1 ពី 1231 cm−1 បង្ហាញពីការភ្ជាប់នៃក្រុម O═S═O សម្រាប់យ៉ាងហោចណាស់ផ្នែកនៃ anions TFSI ។ដូច្នេះការផ្សារភ្ជាប់ H នៃ TFSI anions នៅលើស្រទាប់ទឹកទឹកកកត្រូវបានសន្មត់។បនា្ទាប់មក អ៊ីដ្រូហ្វូប៊ីក BMP cations ដ៏ធំភ្ជាប់ជាមួយស្រទាប់ TFSI ដំបូងដោយបំពេញស្រទាប់ adsorbed ដំបូងនៃម៉ូលេគុលរាវអ៊ីយ៉ុង។ចំពោះស្រទាប់ទឹកកក ម៉ូលេគុល BMP-TFSI ដែលត្រូវបានស្រូបចូល ត្រូវបានគេគិតថា ភាគច្រើនមិនអាចចល័តបាន ដូច្នេះហើយការពង្រីកស្រទាប់ទឹកកកដែលមានលក្ខណៈរឹងនៅលើផ្ទៃស៊ីលីកា។ដោយសារ TFSI anion មានក្រុម O═S═O ស៊ីមេទ្រី អាតូមអុកស៊ីសែនមួយអាចធ្វើអន្តរកម្មជាមួយផ្ទៃស៊ីលីកាអ៊ីដ្រូស៊ីលីក ខណៈមួយទៀតបង្កើតជាចំណុចស្អិតសម្រាប់ BMP cations ។anion TFSI ក៏មានក្រុម O═S═O ពីរផងដែរ ដោយធានានូវការស្រូបយកយ៉ាងរឹងមាំ និងលំដាប់ក្រាស់នៃ anion monolayer ។ការស្រូបយកគឺមានប្រសិទ្ធភាពបំផុតនៅក្នុងករណីនៃស្រទាប់ទឹកកកក្រាស់ដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់បំផុតនៃក្រុម OH ជាចំណុចស្អិតដែលមានសក្តានុពល។នៅក្នុងវត្តមាននៃតែក្រុម silanol ការស្រូបយកអាចនឹងមិនខ្លាំងគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីបង្កើតស្រទាប់ adsorbate បន្ត។លើសពីនេះ ចំនួនកើនឡើងនៃស្រទាប់ទឹកកក ត្រូវបានគេដឹងថា បង្កើនកម្លាំងនៃចំណងអ៊ីដ្រូសែន (35)។ចំណាំថាអន្តរកម្មម៉ូលេគុលរវាង BMP cation និង monolayer TFSI ដែលបញ្ជាទិញនឹងខុសពីនៅក្នុងអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងដែល TFSI anion មានសេរីភាពក្នុងការបង្វិល និងមិនមានបន្ទាត់រាងប៉ូលពីផ្ទៃក្រោម។ការចោទប្រកាន់នៃ cation BMP ដ៏ធំគឺពិតជាត្រូវបានចែកចាយលើអាតូមជាច្រើនដោយការ polarization នៃចំណងខាងក្នុង និងដោយអន្តរកម្មនៃម៉ូលេគុលជាមួយបរិស្ថានគីមីរបស់វា និងជាពិសេសគឺ adsorbed TFSI anion ។ការផ្សារភ្ជាប់ H រវាង O-group នៃ anion TFSI និងការបញ្ចប់ OH នៃស្រទាប់ទឹកកកឥឡូវនេះណែនាំ dipole លើស្រទាប់ adsorbed ដំបូងដែលជំរុញឱ្យមានលំដាប់ម៉ូលេគុលបន្ថែមទៀតដោយសមាគម។វាត្រូវបានគេជឿថានៅចំណុចនេះម៉ូលេគុល Li-TFSI តូចជាង adsorb នៅលើស្រទាប់ម៉ូលេគុលដែល TFSI anion ឥឡូវនេះទូទាត់សងបន្ទុកឌីប៉ូឡាវិជ្ជមានដែលនៅសេសសល់នៃ cations BMP មួយឬច្រើននៅក្នុងស្រទាប់ខាងលើ ដូច្នេះការបន្ធូរបន្ថយទំនាក់ទំនងជាមួយ Li របស់វា។ អ៊ីយ៉ុងតាមរបៀបនេះ ការប្រមូលផ្តុំនៃ Li+ ឥតគិតថ្លៃត្រូវបានកើនឡើងនៅចំណុចប្រទាក់នេះ ដែលនាំឱ្យដំណើរការអ៊ីយ៉ុងកាន់តែខ្ពស់។ដូច្នេះហើយ ស្រទាប់ទឹកកកកាន់តែក្រាស់ និងក្រាស់ បន្ទាប់មកណែនាំឌីប៉ូលធំជាង ជាមួយនឹងបន្ទុកសំណល់ខ្ពស់ជាង ដើម្បីទូទាត់សង ដោយផ្តល់នូវកំហាប់ Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃខ្ពស់ជាងសមាមាត្រ ហើយដូច្នេះចរន្តអ៊ីយ៉ុង។

នៅផ្នែកខាងលើនៃស្រទាប់ ILE ដែលត្រូវបានស្រូបយក ទាំងស្រទាប់ ILE ផ្សេងទៀតអាចស្រូបយកបានស្រដៀងទៅនឹងស្រទាប់ទឹកកកជាច្រើននៅលើស៊ីលីកា ឬការទាញ dipole នៃស្រទាប់ទឹកកកគឺខ្សោយពេក ហើយស្រទាប់ ILE ស្រាលនៅលើកំពូល ដែលបន្ទាប់មកអាចផ្តល់នូវចរន្តដូចរាវសម្រាប់ អ៊ីយ៉ុង Li+ បញ្ចេញក្នុងស្រទាប់ adsorbed ទាប (រូបភាព 4C) ។ការផ្លាស់ប្តូរកំហាប់អ៊ីយ៉ុង Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយការវាស់វែងទាំង NMR និង Raman spectroscopy ។ការវាស់វែងរបស់រ៉ាម៉ានបង្ហាញដោយប្រយោលថាប្រភាគធំនៃអ៊ីយ៉ុង Li+ សេរីគឺពិតជាមានវត្តមាននៅក្នុង nano-SCE ជាមួយនឹងស្រទាប់ទឹកទឹកកកកាន់តែច្រើនភ្ជាប់ទៅនឹងស៊ីលីកា (រូបភាពទី 5)។រ៉ាម៉ានវាស់ការផ្សារភ្ជាប់នៃ cation ជាមួយ TFSI ដោយការស៊ើបអង្កេតរំញ័រនៃក្រុម N នៃ TFSI anion (36) ។នៅក្នុងអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង BMP-TFSI មានតែកំពូលតែមួយគត់នៅ 741 សង់ទីម៉ែត្រ−1 ត្រូវបានគេមើលឃើញ។នៅក្នុងករណីនៃ ILE សុទ្ធ កំពូលបន្ថែមទៀតត្រូវបានគេមើលឃើញនៅ 746 cm−1 ដែល anions TFSI ពីរសម្របសម្រួលជាមួយ Li+ ion តែមួយ [មើល density functional theory (DFT) calculations in Materials and Methods] ។សម្រាប់ nano-SCEs ទាំងអស់ អាំងតង់ស៊ីតេខ្ពស់បំផុតនៅ 746 cm−1 គឺខ្សោយជាងសម្រាប់ ILE ដែលបង្ហាញពីប្រភាគតូចនៃ Li-TFSI ដែលពាក់ព័ន្ធ ហើយជាលទ្ធផល ប្រភាគធំនៃ Li+ cations មិនពាក់ព័ន្ធ ឬឥតគិតថ្លៃ។កំពូលមានការថយចុះយ៉ាងខ្លាំងសម្រាប់ nano-SCE ទាំងនោះដែលបង្ហាញពីការពង្រឹងចរន្តខ្ពស់បំផុត ពោលគឺអ្នកដែលមានស្រទាប់ទឹកកកក្រាស់បំផុត។សម្រាប់ nano-SCE នៅលំនឹងនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ នៅតែ ប្រភាគនៃ Li+ ឥតគិតថ្លៃត្រូវបានវាស់វែង ទោះបីជាតូចជាងសម្រាប់គំរូបូមធូលីក៏ដោយ។សមាមាត្រនៃអាំងតង់ស៊ីតេកំពូលសម្រាប់ 746 លើ 741 សង់ទីម៉ែត្រ−1 រ៉ាម៉ានផ្លាស់ប្តូរបន្ទាប់មកគឺជារង្វាស់នៃសមាមាត្រដោយឥតគិតថ្លៃទៅនឹង TFSI ដែលទាក់ទង Li-ion (រូបភាព 5B) ។ការកើនឡើងលីនេអ៊ែរនៃប្រភាគអ៊ីយ៉ុង Li+ ដោយឥតគិតថ្លៃជាមួយនឹងតម្លៃ x យ៉ាងត្រឹមត្រូវតាមនិន្នាការនៃការពង្រឹងចរន្តជាមួយនឹងតម្លៃ x ក្នុងរូបភាព 3B ទាំងសម្រាប់ម៉ាស៊ីនបូមធូលី nano-SCE (ថ្ងៃ 0) និង SCE នៅលំនឹងជាមួយនឹងភាពស្ងួតប្រអប់ស្រោមដៃ (ថ្ងៃ ១៣៨).

(ក) វិសាលគមរ៉ាម៉ាននៃអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុង (IL; ចំណុចពណ៌ខៀវ) និងឯកសារយោង ILE (ILE; បន្ទាត់ដាច់ ៗ) នៃ nano-SCE ដែលបានរៀបចំ (ខ្វះចន្លោះ) ដែលមានតម្លៃ x នៃ 0.5 (បៃតង) 1.5 (ពណ៌លឿង) និង 2 (ពណ៌ត្នោត) និងនៃ nano-SCE (x = 1.5) បន្ថែមឱ្យស្ងួតក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃរយៈពេល 30 ថ្ងៃ ឬជិតឆ្អែតនៅ 0.0005% RH (ក្រហម)។បន្ទាត់បញ្ឈរដាក់ស្លាកការផ្លាស់ប្តូរ Raman សម្រាប់ TFSI ជាមួយនឹងមជ្ឈមណ្ឌល N របស់វាសំរបសំរួលទៅ Li+ (746 សង់ទីម៉ែត្រ−1) និងមិនត្រូវបានសំរបសំរួលទៅ Li+ (741 សង់ទីម៉ែត្រ−1) រៀងគ្នា។(ខ) សមាមាត្រនៃការសំរបសំរួលដោយឥតគិតថ្លៃ Li+ នៃ nano-SCE ដែលត្រូវបានសំយោគ (ខ្វះចន្លោះស្ងួត រង្វង់ខ្មៅ) និងស្ងួតបន្ថែមក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃដែលមាន 0.0005% RH រយៈពេល 30 ថ្ងៃ (ពេជ្រពណ៌ខៀវ) ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងសមាមាត្រនៃអាំងតង់ស៊ីតេរួមបញ្ចូលគ្នានៃ កំពូលភ្នំរ៉ាម៉ាន (746 សង់ទីម៉ែត្រ−1 លើ 741 សង់ទីម៉ែត្រ−1) ។(C) PFG-NMR-បានមកពីមេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯង Li+ នៃ nano-SCE (ពេជ្រក្រហម) និង ILE ref ។(ការ៉េខ្មៅ) ជាមុខងារនៃចន្លោះពេលរវាងជីពចរវាលម៉ាញេទិកជម្រាល។កំពូលទ្រឹស្តីនៅលើវិសាលគមរ៉ាម៉ានត្រូវបានក្លែងធ្វើដោយប្រើការគណនា DFT ។

ពីជម្រាលវាលជីពចរ NMR (PFG-NMR) មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងនៃប្រភេទ Li-ion ចល័តផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានកំណត់ជាមុខងារនៃចន្លោះពេលរវាងជីពចរវាលម៉ាញេទិកជម្រាល ∆ សម្រាប់ឯកសារយោងរាវ ILE និងសម្រាប់ nano- SCE (x = 1.5) ជាមួយនឹងចរន្តអ៊ីយ៉ុងដូចគ្នានៃ 0.6 mS/cm (រូបភាព 5C) ។មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯង Li+ នៅក្នុងឯកសារយោង ILE គឺថេរ ដែលបង្ហាញថាមានតែប្រភេទ Li មួយ ឬច្រើនប៉ុណ្ណោះដែលមានចលនាប្រហាក់ប្រហែលគ្នាមានវត្តមាននៅក្នុងអង្គធាតុរាវ។សម្រាប់ nano-SCE មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងបានប្រែប្រួលជាមួយ ∆ និងលើសពី ILE នៅខ្លី ∆ ដែលបង្ហាញពីវត្តមាននៃប្រភេទសត្វដែលមានចលនាលឿនដែលឆ្លើយតបតែនៅចន្លោះពេលខ្លីរវាងជីពចរដែនម៉ាញេទិកប៉ុណ្ណោះ។ជម្រាលនៅក្នុងមេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯង ណែនាំថានៅជាប់នឹងការកើនឡើងនៃកំហាប់ Li-ion ដោយឥតគិតថ្លៃ ដូចដែលបានសន្និដ្ឋានពី Raman spectroscopy ថាមពលធ្វើឱ្យសកម្មសម្រាប់ការសាយភាយត្រូវបានបន្ទាបនៅក្នុងស្រទាប់ចំណុចប្រទាក់ mesophase ផងដែរ។នេះគាំទ្រដល់ការពង្រឹងចរន្តដែលណែនាំដោយ Li+ ions ឥតគិតថ្លៃ (ច្រើនទៀត) នៅក្នុងស្រទាប់ mesophase ។នៅយូរជាង ∆ មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងគឺទាបជាងឯកសារយោង ILE ។នេះបញ្ជាក់អំពីចរន្តអ៊ីយ៉ុងទាបជាងច្រើនសម្រាប់ប្រអប់ស្រោមដៃ- nano-SCE ឆ្អែតធៀបនឹង ILE ។ILE ដែលបង្ខាំងនៅក្នុងស្នូលនៃ mesopores នឹងមាន viscosity ខ្ពស់ជាងដោយសារតែការរឹតបន្តឹងនៃចលនាម៉ូលេគុល។ដូច្នេះហើយ ការពង្រឹងដោយការបង្កើត Li-ions ដែលសាយភាយលឿនជាងមុន នៅឯចំណុចប្រទាក់ silica/ice/ILE ត្រូវតែផ្តល់សំណងដល់ការថយចុះនៃចរន្តនៅក្នុងស្នូលនៃរន្ធញើស។នេះពន្យល់អំពីអវត្ដមាននៃការពង្រឹងនៅក្នុងប្រព័ន្ធផ្អែកលើភាគល្អិត ដែលចំណុចប្រទាក់មិនផ្តល់នូវការផ្សព្វផ្សាយអ៊ីយ៉ុងគ្រប់គ្រាន់ (រូបភាព S1) ។

ស្ថេរភាពអេឡិចត្រូគីមីនៃ nano-SCE ប្រឆាំងនឹងលោហៈលីចូមត្រូវបានសាកល្បងដោយប្រើការដំឡើងអេឡិចត្រូតបី (គ្រោងការណ៍នៃការដំឡើងត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ S7) ។លក្ខណៈសក្តានុពលបច្ចុប្បន្ននៃ Li/SCE (x = 1.5) និង Li/ILE half-cell ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 6A។សម្រាប់បង្អួចអេឡិចត្រូគីមីនៅក្នុងរូបភាពទី 2 អេឡិចត្រូគីមីត្រូវបានកំណត់ដោយឧបករណ៍បំពេញ ILE ។បន្ទះលីចូមដែលអាចបញ្ច្រាស់បាន និងការច្រូតត្រូវបានអង្កេត។ស្រទាប់អេឡិចត្រូលីតរឹងដែលមានស្ថេរភាព (SEI) ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលោហធាតុលីចូមដែលមាន RSEI ប្រហែល 0.9 គីឡូ-អូម · cm2 ដែលទទួលខុសត្រូវចំពោះការធ្លាក់ចុះ IR ដ៏ធំនៅក្នុងខ្សែកោង iU ទាំងសងខាង cathodic និង anodic ។ចរន្ត cathodic នៅក្នុងដំណោះស្រាយ ILE សុទ្ធមិនបានបង្ហាញ hysteresis ចុះដល់ −2.5 mA/cm2 ទេ។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ការរំលាយអាណូឌីកបានបង្ហាញពីកម្រិតអកម្មដែលមានចរន្ត anodic ឋិតថេរត្រឹមតែ 0.06 mA/cm2 ប៉ុណ្ណោះ។សាខាចរន្ត cathodic នៅឯចំណុចប្រទាក់រឹង-រឹង Li/SCE មិនបានបង្ហាញ hysteresis សម្រាប់ចរន្ត cathodic តិចជាង −0.5 mA/cm2 ទេ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយភាពធន់នៃ SEI គឺប្រហែលទ្វេដង។ស្រដៀងគ្នានេះដែរ កំពូល anodic គឺទាបជាង ហើយចរន្តថេរបន្ទាប់ពី anodic passivation peak គឺ 0.03 mA/cm2 ដែលមានតែពាក់កណ្តាលនៃដំណោះស្រាយ ILE សុទ្ធប៉ុណ្ណោះ។ការបង្កើត SEI និងស្រទាប់ passivation នៅក្នុងរន្ធញើសនៃ SCE កំណត់ចរន្តនៅលោហៈលីចូម។ទាំង voltammograms សម្រាប់អេឡិចត្រូត Li/ILE និង Li/SCE អាចផលិតឡើងវិញបាននៅលើវដ្តជាច្រើន ដែលបង្ហាញថាស្រទាប់ anodic passivation និងស្រទាប់គីមី SEI គឺអាចបញ្ច្រាស់បាន និងមានស្ថេរភាព។kinetics រលាយយឺតនៅចំណុចប្រទាក់ Li/SCE កំណត់យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរដល់ដំណើរការនៃកោសិកាពាក់កណ្តាលដែលផលិតដោយ Li metal anodes ខាងក្រោម។

(ក) វ៉ុលស៊ីលីកនៃ nano-SCE (x = 1.5 ដូចដែលបានសំយោគបន្ទាប់ពីការសម្ងួតដោយខ្វះចន្លោះ) (ក្រហម) និងសេចក្តីយោង ILE (ខ្មៅ) បានវាស់វែងក្នុងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូតបីជាមួយ Li ជាការងារ បញ្ជរ និងអេឡិចត្រូតយោង (ធន់នឹង SEI ប៉ាន់ស្មានពី ការធ្លាក់ចុះ IR នៅលើចរន្ត cathodic គឺ 0.9 និង 1.8 kilo-ohm·cm2 សម្រាប់ ILE និង SCE រៀងគ្នា)។(ខ) ខ្សែកោងកាល់វ៉ានិក នៃលី/អេសស៊ីអេ (x = 1)/ 100-nm thin-film កោសិកា LiMn2O4 សម្រាប់ប្រាំវដ្តនៅអត្រា C នៃ 1C, 5C និង 20C។(គ) វ៉ុលស៊ីក្លូនៃកោសិកាអេឡិចត្រូតម្សៅ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 និង Li/SCE/30-μm LiFePO4 កោសិកាអេឡិចត្រូតម្សៅ (1 mV/s) ។(ឃ) ខ្សែកោងកាល់វ៉ានិចបន្ទុក/ការឆក់នៃអេឡិចត្រូតម្សៅ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 នៅ 1C, 0.1C, 0.2C និង 0.02C។(ង) ខ្សែកោងកាល់វ៉ានិក នៃអេឡិចត្រូតម្សៅ Li/SCE/30-μm LiFePO4 នៅ 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C និង 0.01C។(F) សមត្ថភាព (ពេជ្រដែលបំពេញសម្រាប់ delithiation និងការ៉េបើកចំហសម្រាប់ lithiation) ធៀបនឹងលេខវដ្តនៃអេឡិចត្រូតម្សៅ Li/SCE/30-μm LiFePO4;កម្រាស់របស់ SCE នៅក្នុងកោសិកាគឺប្រហែល 280 μm។ដង់ស៊ីតេនៃ LFP និង LTO cathode គឺប្រហែល 1.9 និង 11.0 mg/cm2 រៀងគ្នា។(G) ខ្សែកោងសក្តានុពលធៀបនឹងពេលវេលានៃជង់ Li/SCE/Li ដែលត្រូវបានបង្វិលនៅដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្ននៃ 0.1, 0.2, 0.5 និង 0.1 mA/cm2 ។(H) បន្ទាត់រាងប៉ូលទី 1 ទី 10 ទី 125 និងចុងក្រោយនៃជង់ Li/SCE/Li បានសង្កត់ធ្ងន់នៅ 0.1 mA/cm2 ដែលបង្ហាញក្នុង (G) ។សម្រាប់ (G) និង (H) SCE មានចរន្ត 0. 34 mS/cm ហើយកម្រាស់របស់គ្រាប់ SCE គឺ 0.152 សង់ទីម៉ែត្រ។

ខ្សែភាពយន្តស្តើង 100-nm LiMn2O4 (LMO) ត្រូវបានប្រើជាអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានគំរូ ដើម្បីសាកល្បងទាំងស្ថេរភាពនៃសម្ភារៈ nano-SCE និងអេឡិចត្រូត ខណៈពេលដែលការលុបបំបាត់បញ្ហាចំណុចប្រទាក់សក្តានុពលនៅក្នុងអេឡិចត្រូតភាគល្អិត (37) ។ដំណើរការជិះកង់នៃអេឡិចត្រូតហ្វីលហ្វីលស្តើង/ជង់ SCE បង្ហាញពីស្ថេរភាពនៃចំណុចប្រទាក់រវាងអេឡិចត្រូត និងអេឡិចត្រូលីត។នៅក្នុងការដំឡើងខ្សែភាពយន្តស្តើងគំរូនេះ ទំនាក់ទំនងចំណុចប្រទាក់ដែលបានកំណត់យ៉ាងល្អ និងប្លង់តែមួយគត់គឺមានវត្តមានរវាងអេឡិចត្រូលីត និងអេឡិចត្រូត ពោលគឺវាគឺជាវេទិកាដ៏ល្អមួយដើម្បីសិក្សាអំពីអេឡិចត្រូតនៃចំណុចប្រទាក់អេឡិចត្រូលីត/អេឡិចត្រូត ដោយគ្មានបញ្ហានៃការផ្លាស់ប្តូរកម្រិតសំឡេង។ ល។ ផងដែរនៅក្នុងការពិសោធន៍នេះ ការអនុវត្តអត្រាមិនត្រូវបានកំណត់ដោយអេឡិចត្រូត Li-foil ទេ ដោយសារដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្ន (6 μA/cm2 សម្រាប់ 1C) គឺទាបជាងខ្ពង់រាប anodic បច្ចុប្បន្នថេរសម្រាប់ពាក់កណ្តាលលីចូម។ ក្រឡា (0.03 mA/cm2) ។ខ្សែកោងនៃបន្ទុក/ឆក់ដែលអាចផលិតឡើងវិញបាន និងមានស្ថេរភាពត្រូវបានទទួលសម្រាប់វ៉ុលកាត់នៅ 4.3 V សម្រាប់អត្រា C ចន្លោះពី 1 ដល់ 20C សម្រាប់ជាង 20 វដ្ត (រូបភាព 6B)។LMO មិនស្ថិតស្ថេរនៅក្នុងអេឡិចត្រូលីតរាវសម្រាប់ LiB ។ជាឧទាហរណ៍ ការកាត់បន្ថយសមត្ថភាព 50% ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅលើការសាកថ្ម 100-nm LMO film-discharged for 10 cycles in a LiClO4/propylene carbonate electrolyte at 1C (37)។លទ្ធផលរបស់យើងបង្ហាញថា nano-SCE គឺត្រូវគ្នាជាមួយ LMO ជាងអេឡិចត្រូលីតរាវធម្មតា។

ដើម្បីបង្ហាញពីការរួមបញ្ចូលនៃ nano-SCE យើងក៏បានប្រឌិតកោសិកាពាក់កណ្តាលជាមួយនឹងអេឡិចត្រូតម្សៅ Li4Ti5O12 (LTO) និង LiFePO4 (LFP) ផងដែរ។សូលុយស្យុងមុនគេត្រូវបានទម្លាក់ចូលទៅក្នុងកោសិកាកាក់ដើម្បីដាក់បញ្ចូលអេឡិចត្រូតដែលមានរន្ធញើស ហើយទុកចោលឱ្យមានភាពរលោងបន្ថែមទៀត មុនពេលពួកវាស្ងួតហួតហែង និងរលាយដូចទៅនឹងគ្រាប់ nano-SCE ដែរ។កោសិកាបង្ហាញពីលក្ខណៈ lithiation/delithiation នៃអេឡិចត្រូតដែលត្រូវគ្នា (រូបភាព 6C)។ចរន្តកំពូលទាបសម្រាប់ LFP ជាង LTO គឺដោយសារតែភាពខុសគ្នានៃកម្រាស់ថ្នាំកូត។អត្រាដំណើរការក្នុងអំឡុងពេលវាស់បន្ទុក/ការហូរចេញត្រូវបានកំណត់នៅពេលនេះដោយអេឡិចត្រូត Li-foil ដែលសង្កត់លើស្រទាប់ nano-SCE ដែលបង្កើតឡើងនៅលើកំពូលនៃថ្នាំកូតអេឡិចត្រូតដែលមានកម្រាស់ពី 30 ទៅ 40 μm (រូបភាព 6, D និង E) ។កោសិកា LTO/nano-SCE/Li ឈានដល់សមត្ថភាពអតិបរមា 160 mA·hour/g តែនៅកម្រិត C-rate ទាបនៃ 0.02C (រូបភាព 6D)។សមត្ថភាពដែលអាចចូលដំណើរការបានធ្លាក់ចុះយ៉ាងឆាប់រហ័សជាមួយនឹងអត្រា C ដែលមានតិចជាង 10% សម្រាប់អត្រា C ដែលធំជាង 0.1C ។ដូចគ្នានេះដែរ កោសិកា LFP/SCE/Li បានឈានដល់សមត្ថភាពអតិបរមារបស់វាប្រហែល 140 mA·hour/g នៅ 0.01C (រូបភាព 6E)។រូបភាពទី 6F បង្ហាញពីដំណើរការអត្រាសម្រាប់វដ្តសរុបចំនួន 30 ដែលបង្ហាញពីការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធកោសិកាមានស្ថេរភាព។ការពិសោធន៍ទាំងនេះបង្ហាញពីមុខងាររបស់ nano-SCE ជា Li-ion electrolyte និងលទ្ធភាពសម្រាប់ការរួមបញ្ចូលនៅក្នុងកោសិកា Li-ion ។

ស្ថេរភាព ឬលំនឹងនៃ nano-SCE ត្រូវបានសាកល្បងដោយប្រើ Li/SCE/Li ជង់ស៊ីមេទ្រី។វាត្រូវបានជិះកង់ជាង 120 វដ្តនៅដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្ន 0.1 mA/cm2 រយៈពេល 0.5 ម៉ោង (រូបភាព 6G) ដោយគ្មានបញ្ហាឬការបង្កើត dendrite (រូបភាព 6H) ។វ៉ុលប៉ូឡារីសៀបានកាន់តែតូចទៅតាមពេលវេលា ដែលបង្ហាញពីភាពប្រសើរឡើងនៃទំនាក់ទំនង។ជាងនេះទៅទៀត កោសិកាត្រូវបានសង្កត់ធ្ងន់រហូតដល់ដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្ន 0.5 mA/cm2 ដោយគ្មានការបង្កើតនៃ lithium dendrites ឬសញ្ញានៃការខ្សោះជីវជាតិនៃ nano-SCE ឬចំណុចប្រទាក់ (រូបភាព 6G) ។លោហធាតុលីចូមត្រូវបានគេស្គាល់ថាបង្កើតស្រទាប់ការពារអន្តរដំណាក់កាលឬ SEI នៅលើផ្ទៃរបស់វានៅក្នុង ILEs ដែលមានមូលដ្ឋានលើ BMP-TFSI (27) ។ប្រតិកម្មនេះក៏កើតឡើងនៅចំណុចប្រទាក់ lithium/nano-SCE ផងដែរ។ដូចដែលបានពិភាក្សានៅក្រោមរូបភាពទី 6A SEI អាចនឹងរីកធំបន្តិចនៅក្នុងរន្ធញើស ដោយពន្យល់ពីភាពធន់ទ្រាំ SEI ខ្ពស់សម្រាប់ nano-SCE ជាង ILE (សូមមើលខាងលើ)។ភស្តុតាងសម្រាប់ស្រទាប់ SEI ត្រូវបានគេទទួលបានពី IR spectra (រូបភាព S9) ។ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងថ្នាំកូត SEI នៅក្នុង LiB បុរាណ ដែលបញ្ចាំងអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិចពីអេឡិចត្រូលីតរាវ ជៀសវាងប្រតិកម្មបន្ថែមទៀត យើងជឿថា SEI នៅទីនេះក៏ការពារស្រទាប់ទឹកទឹកកកពីប្រតិកម្មបន្ថែមពីលោហៈធាតុលីចូម។វិសាលគម Impedance មុន និងក្រោយពេលប៉ូលឡាសៀនៃ Li/nano-SCE (x = 1.5) រយៈពេល 10 ម៉ោង មិនបានបង្ហាញការផ្លាស់ប្តូរណាមួយនៃភាពធន់ទ្រាំអេឡិចត្រូលីតច្រើននោះទេ។ការវាស់ស្ទង់ការអនុវត្តការជិះកង់រយៈពេលយូរនឹងត្រូវការដើម្បីមិនរាប់បញ្ចូលការស្ងួតយឺតនៃ nano-SCE ដោយលោហៈលីចូម ប៉ុន្តែលទ្ធផលទាំងនេះបានបង្ហាញរួចហើយនូវសក្តានុពលរបស់វាសម្រាប់ការជិះកង់ដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៃ SCE នៅក្នុងថ្មរឹងដែលមានមូលដ្ឋានលើលោហៈលីចូម។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថ្នាំកូត interphase សិប្បនិមិត្តអាចត្រូវបានគេចាត់ទុកថា ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចំណុចប្រទាក់អន្តរកម្មទាំងអស់គ្នា។

យើងបានបង្ហាញថាការផ្សព្វផ្សាយការដឹកនាំអ៊ីយ៉ុងនៅចំណុចប្រទាក់ស៊ីលីកាអាចសម្រេចបានតាមរយៈការណែនាំនៃស្រទាប់ទឹកដែលមានជាតិគីមីនៅលើផ្ទៃស៊ីលីកាដែលបញ្ចប់ដោយ OH ។សារធាតុ TFSI anions chemisorb នៅលើស្រទាប់មុខងារទឹកនេះ តាមរយៈការភ្ជាប់អ៊ីដ្រូសែនជាមួយនឹងក្រុមស៊ីមេទ្រី O═S═O ។ស្រទាប់ផ្ទៃទឹកគឺមិនអាចចល័តបាន ហេតុដូច្នេះហើយក៏ភ្ជាប់ស្រទាប់ TFSI adsorbed ទៅនឹងផ្ទៃ។ស៊ីស្យូម BMP ដ៏ធំភ្ជាប់ជាមួយ TFSI monolayer ដូច្នេះការណែនាំអំពីលំដាប់ម៉ូលេគុលនៃ TFSI-BMP នៅលើផ្ទៃ។យើងជឿថា gelation យឺតនៅក្នុងបរិយាកាស aqueous និងការស្ងួតយឺតជួយក្នុងការបង្កើតរួមគ្នានៃស្រទាប់ទឹកមុខងារ និងស្រទាប់រៀបចំនៃ ions សរីរាង្គនៅលើកំពូលរបស់វា។នៅពេលដែលស្រទាប់អ៊ីយ៉ុង TFSI ដំបូងចែករំលែកផ្នែកនៃបន្ទុកអវិជ្ជមានរបស់វាជាមួយស៊ីលីកាអ៊ីដ្រូស៊ីលីក ស្រទាប់ស៊ីអ៊ីត BMP នៅខាងលើនឹងស្វែងរកការផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹង TFSI anion ផ្សេងទៀត ដែល BMP ច្រើនអាចចែករំលែកបន្ទុកដែលមិនទូទាត់របស់ពួកគេជាមួយនឹង TFSI មួយ (សន្មតថាបីទៅមួយដូចនៅក្នុង សមាមាត្រនៃ IL ទៅ Li-TFSI នៅក្នុង ILE) ។ដោយសារម៉ូលេគុលអំបិល Li-TFSI មានវិធីសាស្រ្តជិតបំផុត អ៊ីយ៉ុង Li+ នឹងផ្តាច់ចេញ ហើយត្រូវបានដោះលែងសម្រាប់ការសាយភាយលឿនតាមស្រទាប់ចំណុចប្រទាក់នេះ។សម្រាប់ដំណើរការប្រសើរឡើង ប្រភេទ Li+ ឥតគិតថ្លៃទាំងនេះត្រូវការស្រទាប់រាវអ៊ីយ៉ុងបន្ថែមមួយយ៉ាងតិចដើម្បីផ្លាស់ទី។សម្រាប់ហេតុផលនេះ nano-SCE ដែលមានតម្លៃ x ទាបនៃ 0.5 បានបង្ហាញថាមិនមានការកើនឡើងនៃចរន្តទេព្រោះទំហំផ្ទៃ ILE/silica គឺគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់តែស្រទាប់បិទជិតមួយ។

វាត្រូវបានបង្ហាញបន្ថែមទៀតថា ស្រទាប់ទឹក ឬស្រទាប់ទឹកកកដែលរឹងដូចទឹក មិនមានសកម្មភាពអេឡិចត្រូគីមីទេ។នៅចំណុចនេះ យើងមិនអាចរាប់បញ្ចូលថា ទឹកទឹកកកដែលមានទំនាក់ទំនងផ្ទាល់ជាមួយផ្ទៃអេឡិចត្រូត មិនមានប្រតិកម្មទេ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ យើងបានបង្ហាញថា ការសាយភាយចេញនៃទឹកលើផ្ទៃគឺយឺត ហើយដូច្នេះ kinetically ធ្វេសប្រហែសសម្រាប់ការរកឃើញ។យើងដឹងថាការបំពុលទឹក ទោះបីជាវាតូចក៏ដោយ តែងតែជាកង្វល់ ហើយមានតែការធ្វើតេស្តវដ្តជីវិតដ៏វែងប៉ុណ្ណោះដែលអាចផ្តល់ចម្លើយច្បាស់លាស់ថាតើទឹកមានកម្រិតគ្រប់គ្រាន់ដែរឬទេ។ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ស្រទាប់ផ្ទៃដែលមានមុខងារផ្សេងទៀតដែលផ្តល់នូវការលើកកម្ពស់ផ្ទៃស្រដៀងគ្នា ឬធំជាងនេះ ឥឡូវនេះអាចត្រូវបានបង្កើតឡើង។ក្នុងន័យនេះ ក្រុមលីបានបង្ហាញពីសក្តានុពលនៃស្រទាប់ glycidyloxypropyl ជាក្រុមមុខងារ (18) រួចហើយ។ទឹកទឹកកកមានដើមកំណើតពីស៊ីលីកា ដូច្នេះហើយសមតាមឧត្ដមគតិដើម្បីសិក្សាពីឥទ្ធិពលនៃមុខងារផ្ទៃលើការលើកកម្ពស់ការដឹកនាំអ៊ីយ៉ុងជាប្រព័ន្ធ ដូចដែលបានបង្ហាញដោយជោគជ័យនៅទីនេះ។លើសពីនេះទៀតស្រទាប់ mesophase និង dipole របស់វានឹងពឹងផ្អែកលើអុកស៊ីដនិងនៅលើម៉ូលេគុលសរីរាង្គ adsorbed ហើយដូច្នេះអាចត្រូវបានលៃតម្រូវដោយទាំងពីរ។នៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ យើងបានបង្ហាញនូវភាពខុសប្លែកគ្នាយ៉ាងធំរួចហើយនៅក្នុងការផ្សព្វផ្សាយការដឹកនាំអ៊ីយ៉ុងសម្រាប់វត្ថុរាវអ៊ីយ៉ុងផ្សេងៗគ្នា។លើសពីនេះ គោលការណ៍ដែលបានបង្ហាញគឺមានលក្ខណៈទូទៅឆ្ពោះទៅរកការដឹកនាំអ៊ីយ៉ុង ហើយដូច្នេះក៏អាចត្រូវបានអនុវត្តសម្រាប់ប្រព័ន្ធអ៊ីយ៉ុងផ្សេងៗគ្នាដែលសមរម្យ ឧទាហរណ៍សម្រាប់អាគុយសូដ្យូម ម៉ាញេស្យូម កាល់ស្យូម ឬអាលុយមីញ៉ូមអ៊ីយ៉ុង។សរុបសេចក្តីមក អេឡិចត្រូលីត nanocomposite ជាមួយនឹងដំណើរការចំណុចប្រទាក់ដែលបានបង្ហាញនៅទីនេះគឺជាគំនិតមួយជាជាងវត្ថុតែមួយ ដែលអាចត្រូវបានវិស្វកម្មបន្ថែម (ណាណូ) ទៅនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិដែលចង់បាននៃចរន្តអ៊ីយ៉ុង លេខដឹកជញ្ជូន បង្អួចអេឡិចត្រូនិច សុវត្ថិភាព និងតម្លៃសម្រាប់ការបង្កើតកោសិកាថ្មនាពេលអនាគត។ .

nano-SCE ត្រូវបានរៀបចំដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ sol-gel ។លីចូមប៊ីស (trifluoromethylsulfonyl) imide Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99.95%), 0.5 មីលីលីត្រនៃ deionized H2O, 0.5 មីលីលីត្រនៃ TEOS (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%) និង មីលីលីត្រនៃ PGME ត្រូវបានលាយបញ្ចូលគ្នាក្នុងដបកែវមួយ។សមាមាត្រថ្គាម x រវាង [BMP][TFSI] និង TEOS ក្នុងល្បាយត្រូវបានផ្លាស់ប្តូររវាង 0.25 និង 2 ។ សមាមាត្រ molar នៃ Li[TFSI] និង [BMP][TFSI] ត្រូវបានជួសជុលនៅ 0.33:1 ។បរិមាណ Li[TFSI] និង [BMP][TFSI] ត្រូវបានកំណត់ពីសមាមាត្រទាំងនេះ។ឧទាហរណ៍ នៅពេល x = 1 ការបន្ថែម [BMP][TFSI] និង Li[TFSI] នៅក្នុងដំណោះស្រាយគឺ 0.97 និង 0.22 g រៀងគ្នា។ល្បាយនេះត្រូវបានរង្គោះរង្គើរយៈពេល 1 នាទីដើម្បីបង្កើតជាដំណោះស្រាយ monophasic ។បន្ទាប់មក ដំណោះស្រាយទាំងនេះត្រូវបានរក្សាទុកក្នុងដបបិទជិត ដោយមិនកូរឱ្យបង្កើតជាជែលក្នុងបន្ទប់គ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាព និងសំណើម (SH-641, ESPEC Corp.) ជាមួយនឹងសីតុណ្ហភាព និង RH% កំណត់នៅ 25°C និង 50% រៀងគ្នា។ដោយផ្អែកលើ x ល្បាយបានចំណាយពេលជាមធ្យម 5 ទៅ 9 ថ្ងៃដើម្បីបង្កើតជាជែលច្បាស់លាស់។បន្ទាប់ពី gelation, vials ជាមួយ 2.4- ទៅ 7.4-ml gel ត្រូវបានស្ងួតហួតហែងដំបូងនៅ 40 ° C សម្រាប់រយៈពេល 4 ថ្ងៃពេញដោយសម្ពាធថយចុះបន្តិច (80 kPa) ហើយបន្ទាប់មកផ្លាស់ទីទៅក្នុងឡចំហាយសម្រាប់ 72 ម៉ោងនៅ 25 ° C ។នៅពេលដែលសំណើមដែលនៅសេសសល់ត្រូវបានដកចេញ ការបូមធូលីបានថយចុះបន្តិចម្តងៗពីសម្ពាធដំបូងប្រហែល 50 Pa ទៅសម្ពាធថេរចុងក្រោយនៃ 5 Pa បន្ទាប់ពីប្រហែល 1 ថ្ងៃ។ដោយសារតែបរិមាណទឹកច្រើន និង PGME ដែលត្រូវយកចេញ គ្រាប់ SCE លទ្ធផលបានធ្លាក់ចុះពី 20% (x = 0.5) ទៅ ~ 50% (x = 2) នៃបរិមាណជែលដើម។ទំងន់នៃជែលលទ្ធផលត្រូវបានវាស់ដោយតុល្យភាពពាក់កណ្តាល (SM 1245Di-C, VWR) ។

TGA ត្រូវបានអនុវត្តនៅលើ Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) ក្រោមអាសូត។ក្នុងអំឡុងពេលវាស់សំណាកត្រូវបានកំដៅដល់ 700 ° C ក្នុងអត្រាកំដៅ 2 ° C / នាទី។FTIR spectrometry ត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើ Bruker Vertex 70 នៅក្នុងលេខរលកចាប់ពី 4000 ទៅ 400 cm−1 ក្នុងរបៀបបញ្ជូន។គាត់ធ្វើ pycnometry ដោយប្រើ Micromeritics AccuPyc II 1340 ។

ដើម្បីវាស់ចរន្តអ៊ីយ៉ុង បរិមាណ SCE តូចមួយត្រូវបានគេយកចេញពីដបម្តាយនៅខាងក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃដែលបំពេញដោយ Ar (0.1-ppm H2O និង 0.1-ppm O2) ។ប្រហែល 23 μlនៃ SCE ត្រូវបានបំពេញនៅក្នុងរង្វង់ polytetrafluoroethylene (PTFE) ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតខាងក្នុង 4.34-mm និងកម្ពស់ 1.57-mm បង្កើតជាគ្រាប់។បន្ទាប់មក គ្រាប់នៅក្នុងសង្វៀនត្រូវបានប្រេះរវាងថាសដែកអ៊ីណុក (SS) ពីរ (កម្រាស់ 0.2 មីលីម៉ែត្រ; MTI) ។ការវាស់វែង impedance ត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើ PGSTAT302 (Metrohm) ជាមួយនឹង AC amplitude 5 mV ក្នុងប្រេកង់ពី 1 MHz ដល់ 1 Hz ។ចរន្តអ៊ីយ៉ុង (σi) ត្រូវបានកំណត់ពីការស្ទាក់ចាប់ប្រេកង់ខ្ពស់ជាមួយនឹងអ័ក្សពិតនៅក្នុងដី Nyquist ។បន្ទាប់ពីការវាស់ស្ទង់ចរន្ត គ្រាប់ណាណូ-SCE ត្រូវបានអនុញ្ញាតឱ្យស្ងួតបន្ថែមទៀតក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃ។សម្រាប់ការវាស់វែងភាពអាស្រ័យសីតុណ្ហភាព ជង់ SS/SCE/SS ត្រូវបានផ្សាភ្ជាប់ក្នុងក្រឡាកាក់មួយ។បនា្ទាប់ពីការផ្សាភ្ជាប់ ចរន្តនៅថេរអស់ជាច្រើនថ្ងៃ (សូមមើលរូបភព។ ស.៣)។សីតុណ្ហភាពនៃកោសិកាកាក់ត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយអាវកំដៅជាមួយនឹងការងូតទឹកកម្ដៅដោយប្រើ H2O/ethylene glycol ជាឧបករណ៍ផ្ទុក។ដំបូងកោសិកាត្រូវបានធ្វើឱ្យត្រជាក់ដល់ប្រហែល −15 °C ហើយបន្ទាប់មកកំដៅជាជំហាន ៗ ដល់ 60 ° C ។

ពីគ្រាប់ណាណូ-SCE នីមួយៗ ប្រមាណ 23 μl ត្រូវបាននាំយកទៅក្នុងចិញ្ចៀនមួយ (អង្កត់ផ្ចិតខាងក្នុង 4.34 មីលីម៉ែត្រ និងកម្ពស់ 1.57 មីលីម៉ែត្រ) សម្រាប់ការវាស់អគ្គិសនីដោយផ្ទាល់នៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃដែលបំពេញដោយ N2 ជាមួយនឹងសំណើមដែលបានគ្រប់គ្រង។ចិញ្ចៀនជាមួយ SCE ត្រូវបានគេដាក់នៅចន្លោះថាស SS ពីរ (កម្រាស់ 0.2 mm; MTI) ។ការវាស់វែង impedance ត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើ PGSTAT302 (Metrohm) ជាមួយនឹង AC amplitude 5 mV និងប្រេកង់ចាប់ពី 1 MHz ដល់ 1 Hz ដែលគ្រប់គ្រងតាមរយៈកម្មវិធី Nova ។សំណាកត្រូវបានរក្សាទុកនៅតម្លៃ RH% នីមួយៗសម្រាប់រយៈពេល 48 ម៉ោងមុនពេលចរន្តត្រូវបានត្រួតពិនិត្យរហូតដល់ស្ថេរភាព។ចរន្តអ៊ីយ៉ុងដែលមានស្ថេរភាពសម្រាប់តម្លៃ RH% (σi) ដែលបានផ្តល់ឱ្យត្រូវបានកំណត់ពីការស្ទាក់ចាប់ប្រេកង់ខ្ពស់ជាមួយនឹងអ័ក្សពិតនៅក្នុងដី Nyquist ។

ទម្រង់រូបវិទ្យានៃគ្រាប់ដែលមាន និងគ្មាន Li[BMP][TFSI] ILE ត្រូវបានត្រួតពិនិត្យជាមួយ SEM ដោយប្រើឧបករណ៍ Thermo Fisher Scientific Apreo នៅ 1.5 ទៅ 2.0 kV ដែលដំណើរការក្នុងរបៀបរូបភាពឧបករណ៍ចាប់ពីរដោយប្រើឧបករណ៍ចាប់ T1 និង T2 ស្របគ្នាសម្រាប់ ការកែតម្រូវរូបភាពផ្ទាល់ ហើយឧបករណ៍ចាប់ T2 ត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការថតរូបភាព SEM ដែលបានបង្ហាញ។គំរូត្រូវបានជួសជុលនៅលើកាសែតកាបូន។TEM ត្រូវបានធ្វើដោយប្រើ Tecnai ដំណើរការនៅ 300 kV ។

ILE ត្រូវបានដកចេញពីគ្រាប់ SCE តាមពីរវិធីផ្សេងគ្នា។ជម្រើសមួយដើម្បីទទួលបានសារធាតុស៊ីលីកុន ត្រូវបានធ្វើដោយការជ្រមុជ SCE នៅក្នុងអាសេតូនរយៈពេល 12 ម៉ោង ដើម្បីទាញយក Li[BMP][TFSI] ILE ។ការលាងនេះត្រូវបានធ្វើម្តងទៀតបីដង។ជម្រើសមួយទៀតគឺដោយការត្រាំ SCE នៅក្នុងអេតាណុល។ក្នុងករណីនេះអេតាណុលត្រូវបានយកចេញដោយប្រើម៉ាស៊ីនសម្ងួតចំណុចសំខាន់ CO2 រាវ។

ឧបករណ៍ពីរផ្សេងគ្នាត្រូវបានប្រើប្រាស់សម្រាប់ការសម្ងួតដ៏អស្ចារ្យគឺ Automegasamdri-916B, Tousimis (វិធីសាស្រ្តទី 1) និងឧបករណ៍ដែលបង្កើតឡើងដោយ JASCO Corporation (វិធីសាស្រ្ត 2) ។នៅពេលប្រើឧបករណ៍ទីមួយ លំដាប់នៃការសម្ងួតបានចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងការថយចុះនៃសីតុណ្ហភាពចុះដល់ 8°C។បនា្ទាប់មក CO2 ត្រូវបានបន្សុទ្ធតាមអង្គជំនុំជម្រះដោយបង្កើនសម្ពាធដល់ 5.5 MPa ។នៅក្នុងជំហានបន្ទាប់ CO2 ត្រូវបានកំដៅដល់ 41°C បង្កើនសម្ពាធដល់ 10 MPa ហើយរក្សាទុកដូចនេះរយៈពេល 5 នាទី។ដើម្បីសន្និដ្ឋាន ក្នុងដំណាក់កាលហូរឈាម សម្ពាធត្រូវបានបន្ទាបក្នុងរយៈពេល 10 នាទី។នៅពេលប្រើឧបករណ៍ដែលបានបង្កើតផ្ទាល់ខ្លួន លំដាប់ស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានអនុវត្តតាម។ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ពេលវេលា និងសម្ពាធមានភាពខុសគ្នាខ្លាំង។បន្ទាប់ពីជំហាននៃការបោសសំអាត សម្ពាធត្រូវបានកើនឡើងដល់ 12 MPa នៅសីតុណ្ហភាព 70 អង្សារសេ ហើយនៅដដែលរយៈពេល 5 ទៅ 6 ម៉ោង។បនា្ទាប់មកសម្ពាធត្រូវបានថយចុះក្នុងចន្លោះពេលពី 12 ទៅ 7 MPa, 7 ទៅ 3 MPa និង 3 ទៅ 0 MPa ក្នុងរយៈពេល 10, 60 និង 10 នាទីរៀងគ្នា។

អាសូត physissorption isotherms ត្រូវបានវាស់នៅ T = 77 K ដោយប្រើឧបករណ៍វិភាគលក្ខណៈផ្ទៃ Micromeritics 3Flex ។បន្ទាប់មក ស៊ីលីកាដែលមានសារធាតុ porous ត្រូវបានបញ្ចេញចោលរយៈពេល 8 ម៉ោងនៅសីតុណ្ហភាព 100 អង្សាសេ ក្រោមម៉ាស៊ីនបូមធូលី 0.1-mbar ។សារធាតុ porous silica ដែលបានមកពីការសម្ងួត supercritical ត្រូវបានបញ្ចេញចោលអស់រយៈពេល 18 ម៉ោងនៅសីតុណ្ហភាព 120°C ក្រោមម៉ាស៊ីនបូមធូលី 0.1-mbar ។ក្រោយមកទៀត អ៊ីសូទែម physissorption អាសូតត្រូវបានវាស់នៅ T = 77 K ដោយប្រើឧបករណ៍វិភាគស្វ័យប្រវត្តឧស្ម័ន Micromeritics TriStar 3000 ។

ការវាស់វែង PFG-NMR ត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើ JEOL JNM-ECX400 ។លំដាប់ជីពចរអេកូដែលជំរុញត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការវាស់ស្ទង់ការសាយភាយ។ការបន្ថយសញ្ញាអេកូធម្មតា E ត្រូវបានពិពណ៌នានៅក្នុងសមីការ (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) ដែល g គឺជាកម្លាំងនៃជីពចរជម្រាល δ គឺជារយៈពេលនៃជម្រាល ជីពចរ, ∆ គឺជាចន្លោះពេលរវាងគែមនាំមុខនៃជីពចរជម្រាល, γ គឺជាសមាមាត្រមេដែក ហើយ D គឺជាមេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងនៃម៉ូលេគុល។មេគុណនៃការសាយភាយដោយខ្លួនឯងត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណដោយសមទៅនឹងសញ្ញាអេកូដែលទទួលបានដោយការផ្លាស់ប្តូរ ∆ ជាមួយ Eq ។1. 7Li ត្រូវបានជ្រើសរើសដើម្បីកំណត់មេគុណនៃការសាយភាយនៃលីចូមអ៊ីយ៉ុង។ការវាស់វែងទាំងអស់ត្រូវបានធ្វើឡើងនៅ 30 ° C ។

ការដំឡើង Raman spectroscopy គឺជាប្រព័ន្ធដែលផលិតនៅផ្ទះដោយប្រើ argon ion ដែលអាចលៃតម្រូវទៅនឹងពន្លឺឡាស៊ែរ 458-nm ដែលត្រូវបានភ្ជាប់ជាមួយមីក្រូទស្សន៍ Olympus IX71 បញ្ច្រាស ហើយពន្លឺដែលខ្ចាត់ខ្ចាយនៅខាងក្រោយត្រូវបានឆ្លងកាត់ការដំឡើង TriVista triple spectrometer (Princeton Instruments ) ដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីបំបែកសញ្ញាអុបទិកដែលត្រូវបានរកឃើញដោយប្រើម៉ាស៊ីនថតឧបករណ៍ដែលភ្ជាប់ដោយការបញ្ចូលថ្មដែលត្រជាក់ដោយអាសូតរាវ។ដោយសារការស្រូបយកអុបទិកខ្ពស់នៅចម្ងាយរលកទាំងនេះ ថាមពលឡាស៊ែរទាបត្រូវបានប្រើដើម្បីជៀសវាងការឡើងកំដៅឡាស៊ែរ (<100 W·cm−2)។

ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពធរណីមាត្ររដ្ឋដី DFT និងការគណនាប្រេកង់វិភាគបានប្រើមុខងារកូនកាត់ B3LYP ដ៏ពេញនិយម និងសំណុំមូលដ្ឋាន 6-311++G** ជាមួយនឹងការកែតម្រូវការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយអាតូម-គូរបស់ Grimme (39) ជាមួយ Becke-Johnson damping scheme (D3BJ) ដូចជា បានអនុវត្តនៅក្នុង ORCA 3.0.3 (40) ។Raman spectra ត្រូវបានក្លែងធ្វើដោយប្រើ ORCA ហើយការមើលឃើញនៃលក្ខណៈសម្បត្តិម៉ូលេគុលត្រូវបានសម្រេចដោយប្រើកញ្ចប់កម្មវិធី Avogadro (41) ជាមួយនឹងការធ្វើបច្ចុប្បន្នភាពដែលគាំទ្រដោយ ORCA ។

រាល់ការវាស់ស្ទង់អេឡិចត្រូគីមី និងការរៀបចំគំរូដែលពាក់ព័ន្ធត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងប្រអប់ស្រោមដៃដែលពោរពេញដោយ argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 និង H2O levels) ដែលឧទ្ទិសដល់លក្ខណៈគីមីគីមី។គ្រាប់ SCE ត្រូវបានដាក់នៅលើខ្សែបូ Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) ដែលគាំទ្រនៅលើចានទង់ដែង ខណៈដែលអេឡិចត្រូតបញ្ជរ និងបន្ទះ Li Disk ចំនួនពីរដែលដាល់ចេញ (អង្កត់ផ្ចិត 5-mm) ត្រូវបានដាក់នៅលើកំពូលនៃគ្រាប់ SCE សម្រាប់ជាឯកសារយោង និងដំណើរការ។ អេឡិចត្រូត។ការរៀបចំត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ស៧.ម្ជុលមាសត្រូវបានប្រើសម្រាប់ទំនាក់ទំនងយោងលីចូម និងអេឡិចត្រូតដំណើរការ។ការវាស់វែង voltammetry និង impedance វដ្តត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើ PGSTAT302 (Metrohm) ដែលគ្រប់គ្រងតាមរយៈកម្មវិធី Nova ។ការវាស់ស្ទង់ស៊ីក្លូត្រូវបានអនុវត្តជាមួយនឹងអត្រាស្កេន 20 mV/s ។ការវាស់វែង Impedance ត្រូវបានធ្វើឡើងជាមួយនឹងអំព្លីទីត AC នៃ 5 mV និងប្រេកង់ចាប់ពី 1 MHz ដល់ 0.1 Hz ។

អេឡិចត្រូតខ្សែភាពយន្តស្តើង 40-nm anatase TiO2 ត្រូវបានដាក់ដោយការទម្លាក់ស្រទាប់អាតូមិក (ALD) នៅលើ wafer ស៊ីលីកូន 300 មីលីម៉ែត្រ ជាមួយនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម 40-nm TiN ដែលដាក់ដោយ ALD ផងដែរ។វាគឺជាអេឡិចត្រូតតេស្តដ៏ល្អឥតខ្ចោះសម្រាប់ការបង្ហាញពីចរន្ត Li-ion តាមរយៈអេឡិចត្រូលីត ព្រោះថា TiO2 មិនទទួលរងពីការរិចរិលគីមី ឬភាពតានតឹងមេកានិច (មិនមានការផ្លាស់ប្តូរបរិមាណគួរឱ្យកត់សម្គាល់) អំឡុងពេលជិះកង់។ដើម្បីវាស់ក្រឡា Li/SCE/TiO2 ILE-SCEs ត្រូវបានបំពេញក្នុងរង្វង់ PTFE ដែលមានអង្កត់ផ្ចិត 4.3 ម.ម និងកម្រាស់ 0.15 សង់ទីម៉ែត្រ។បន្ទាប់មក សង្វៀនត្រូវបានកាត់រវាងបន្ទះ Li និងខ្សែភាពយន្ត TiO2 ។

Nano-SCE/thin-film electrode ជង់ពាក់កណ្តាលជាមួយនឹងអេឡិចត្រូត LMO ត្រូវបានប្រឌិតដោយការសំយោគខ្សែភាពយន្ត nano-SCE នៅលើអេឡិចត្រូត។សរុប 150 μlនៃដំណោះស្រាយ x = 1.5 ដែលមានអាយុ 2 ថ្ងៃត្រូវបានទម្លាក់ក្នុងរង្វង់កញ្ចក់ (អង្កត់ផ្ចិត 1.3 ម) ដែលដាក់នៅលើខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូលីត។បន្ទាប់មកចិញ្ចៀនត្រូវបានផ្សាភ្ជាប់ជាមួយប៉ារ៉ាហ្វីល ហើយដំណោះស្រាយត្រូវបានរក្សាទុកក្នុងធុងបិទជិតមួយដើម្បីជែលរយៈពេល 4 ថ្ងៃ។ជង់ជែល / អេឡិចត្រូតដែលបានបង្កើតឡើងដូចនោះត្រូវបានស្ងួតដើម្បីបង្កើតជាជង់ nano-SCE / អេឡិចត្រូត។កម្រាស់នៃ nano-SCE ដែលកំណត់ដោយប្រើមីក្រូម៉ែត្រគឺ 300 μm។ចុងក្រោយ បន្ទះលីចូម (កម្រាស់ 1.75 មីលីម៉ែត្រ 99.9%; Sigma-Aldrich) ត្រូវបានសង្កត់លើជង់ nano-SCE/electrode ជា anode ។អេឡិចត្រូតនៃខ្សែភាពយន្តស្តើង 100-nm LiMn2O4 (LMO) ត្រូវបានដាក់ដោយរលកប្រេកង់វិទ្យុនៅក្រោមលំហូរ Ar នៅលើ wafer ស៊ីលីកុនដែលស្រោបដោយស្រទាប់ខាងក្រោម 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) ។ជង់នេះត្រូវបានខ្ចប់ទុករយៈពេល 20 នាទីនៅសីតុណ្ហភាព 800°C ក្នុងបរិយាកាសអុកស៊ីសែន។

ខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូត LiFePO4 (LFP) ត្រូវបានរៀបចំដោយថ្នាំកូត blade ។ដំបូង កាបូនខ្មៅ និង LFP (2 ទៅ 3 μm) ត្រូវបានបន្ថែមទៅក្នុងដំណោះស្រាយ aqueous ដែលមាន carboxymethylcellulose (CMC) ដើម្បីបង្កើតល្បាយដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានធ្វើឱ្យដូចគ្នាដោយប្រើឧបករណ៍លាយភព។បន្ទាប់មកផលិតផលដែលមានលក្ខណៈដូចគ្នាត្រូវបានលាយជាមួយនឹងទឹក deionized និង fluorinated acrylic latex (JSR, TRD202A) នៅក្នុងឧបករណ៍លាយខ្វះចន្លោះដើម្បីបង្កើតជា slurry សម្រាប់ថ្នាំកូតអេឡិចត្រូត។សារធាតុរអិលដែលបានរៀបចំត្រូវបានបោះនៅលើសន្លឹកអាលុយមីញ៉ូមដើម្បីដាក់ខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូតដោយប្រើប្រដាប់ផ្លុំ។អេឡិចត្រូតសើមដែលស្រោបដោយថ្នាំកូតទាំងនេះត្រូវបានស្ងោរភ្លាមៗនៅក្នុងឡចំហាយបរិយាកាសដែលមានខ្យល់នៅទ្រឹងនៅសីតុណ្ហភាព 70°C រយៈពេល 10 នាទី ហើយត្រូវបានសម្ងួតបន្ថែមទៀតនៅសីតុណ្ហភាព 140°C រយៈពេល 4 ម៉ោងក្នុងឡខ្វះចន្លោះ។ខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូតស្ងួតមាន 91 wt% LiFePO4, 3 wt% carbon black, 2 wt% CMC និង 4 wt % TRD202A ។កម្រាស់នៃខ្សែភាពយន្តគឺ 30 μm (កំណត់ដោយប្រើមីក្រូម៉ែត្រនិងមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កែន) ។

ខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូត Li4Ti5O12 (LTO) ត្រូវបានផលិតនៅលើបន្ទះស្ពាន់តាមរបៀបដូចគ្នា។សមាសធាតុនៃអេឡិចត្រូតស្ងួតគឺ 85 wt% Li4Ti5O12, 5 wt% carbon black, 5 wt% CMC, និង 5 wt% fluorinated acrylic latex (TRD2001A)។កម្រាស់នៃខ្សែភាពយន្តគឺ 40 μm។

ដំណោះស្រាយនៃ SCE ត្រូវបានទម្លាក់លើខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូត LFP និង LTO ដែលមានមូលដ្ឋានលើភាគល្អិត។ដំបូង ដំណោះស្រាយ 100 μl នៃ x = 1.5 ដែលមានអាយុ 2 ថ្ងៃត្រូវបានទម្លាក់នៅលើខ្សែភាពយន្តអេឡិចត្រូតដែលមានអង្កត់ផ្ចិត 15 មីលីម៉ែត្រដាក់ក្នុងក្រឡាកាក់ (#2032, MTI) ។បន្ទាប់ពី SCE impregnated ត្រូវបាន gelled ខ្សែភាពយន្តនេះត្រូវបានស្ងួតនៅ 25 ° C សម្រាប់រយៈពេល 72 ម៉ោងនៅក្នុងឡខ្វះចន្លោះ (<5 × 10−2 mbar) ដើម្បីធ្វើឱ្យ nano-SCE និងជង់អេឡិចត្រូត។កម្រាស់ nano-SCE គឺ 380 μm។ចុងក្រោយ ក្រដាសលីចូមមួយត្រូវបានសង្កត់លើជង់ SCE/electrode ជា anode ហើយកោសិកាកាក់ត្រូវបានផ្សាភ្ជាប់។ការវាស់វែងអេឡិចត្រូគីមីត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើប៉ូតាស្យូម Solartron 1470E នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់។

សម្ភារៈបន្ថែមសម្រាប់អត្ថបទនេះមាននៅ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

តារាង S1 ។លក្ខណៈសម្បត្តិរចនាសម្ព័ន្ធនៃម៉ាទ្រីសស៊ីលីកានៅក្នុង nano-SCE សម្រាប់ការបង្កើនប្រភាគម៉ូលេគុលនៃអង្គធាតុរាវអ៊ីយ៉ុងទៅជាស៊ីលីកា (x តម្លៃ) ដែលកំណត់ពីការស្រូបយក/ការបំប្លែង N2 ឬការវាស់វែង BET និងការសង្កេត TEM ។

នេះគឺជាអត្ថបទបើកចំហដែលចែកចាយក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃអាជ្ញាប័ណ្ណ Creative Commons Attribution-NonCommercial ដែលអនុញ្ញាតឱ្យប្រើប្រាស់ ការចែកចាយ និងការផលិតឡើងវិញនៅក្នុងមជ្ឈដ្ឋានណាមួយ ដរាបណាការប្រើប្រាស់លទ្ធផលគឺមិនមែនសម្រាប់ផលប្រយោជន៍ពាណិជ្ជកម្ម ហើយផ្តល់ការងារដើមឱ្យបានត្រឹមត្រូវ។ ដកស្រង់

ចំណាំ៖ យើងស្នើសុំតែអាសយដ្ឋានអ៊ីមែលរបស់អ្នក ដើម្បីឲ្យមនុស្សដែលអ្នកកំពុងណែនាំទំព័រនោះ ដឹងថាអ្នកចង់ឱ្យពួកគេឃើញវា ហើយថាវាមិនមែនជាសារឥតបានការទេ។យើងមិនចាប់យកអាសយដ្ឋានអ៊ីមែលណាមួយទេ។

សំណួរនេះគឺសម្រាប់សាកល្បងថាតើអ្នកជាអ្នកចូលមើលមនុស្សឬអត់ និងដើម្បីការពារការបញ្ជូនសារឥតបានការដោយស្វ័យប្រវត្តិ។

ដោយ Xubin Chen, Brecht Put, Akihiko Sagara, Knut Gandrud, Mitsuhiro Murata, Julian A. Steele, Hiroki Yabe, Thomas Hantschel, Maarten Roeffaers, Morio Tomiyama, Hidekazu Arase, Yukihiro Kaneko, Mikinari Shimada, Maarten Mees, Philippe

ពេលវេលាផ្សាយ៖ ថ្ងៃទី ១៥ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២០