ການຫັນປ່ຽນໄປສູ່ຫມໍ້ໄຟ Li-ion ທີ່ມີສະຖານະແຂງຈະຊ່ວຍໃຫ້ມີຄວາມກ້າວຫນ້າໄປສູ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ 1000 W·ຊົ່ວໂມງ / ລິດແລະຫຼາຍກວ່ານັ້ນ.ອົງປະກອບຂອງເມທຣິກອອກໄຊ mesoporous ເຕັມໄປດ້ວຍສານປະກອບ electrolyte ຂອງແຫຼວ ionic ທີ່ບໍ່ມີການລະເຫີຍໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບເປັນທາງເລືອກຂອງ electrolyte ແຂງ.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການກັກຂັງແບບງ່າຍດາຍຂອງການແກ້ໄຂ electrolyte ພາຍໃນ pores ຂະຫນາດ nanometer ນໍາໄປສູ່ການ conductivity ion ຕ່ໍາຍ້ອນວ່າ viscosity ເພີ່ມຂຶ້ນ.ໃນທີ່ນີ້, ພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການນໍາຂອງ Li-ion ຂອງ nanocomposites ປະກອບດ້ວຍ silica monolith mesoporous ກັບ filler electrolyte ແຫຼວ ionic ສາມາດສູງກວ່າຫຼາຍເທົ່າຂອງ electrolyte ຂອງແຫຼວ ionic ບໍລິສຸດໂດຍຜ່ານການນໍາຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ interfacial.ການດູດຊຶມທີ່ເຂັ້ມແຂງແລະການສັ່ງຂອງໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ ionic ເຮັດໃຫ້ມັນບໍ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່ແລະແຂງ, ຄືກັບຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ interfacial ຕົວຂອງມັນເອງ.dipole ເທິງຊັ້ນ adsorbate mesophase ສົ່ງຜົນໃຫ້ການແກ້ໄຂຂອງ Li+ ions ສໍາລັບການປັບປຸງການດໍາເນີນການ.ຫຼັກ​ການ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ຂອງ​ການ​ປັບ​ປຸງ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້ ion ສາ​ມາດ​ນໍາ​ໃຊ້​ກັບ​ລະ​ບົບ ion ທີ່​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ​.

ຄາດວ່າ electrolytes Solid-state ຈະສະຫນອງການຊຸກຍູ້ຕໍ່ໄປສໍາລັບແບດເຕີຣີ Li-ion ເກີນເພດານການປະຕິບັດຂອງ 800 W·ຊົ່ວໂມງ / ລິດຫຼື 300 W·hour / kg ບັງຄັບໃຊ້ໃນເຄມີ cathode ແລະ anode ທີ່ມີຢູ່ໃນປະຈຸບັນ.ການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ຄາດວ່າຈະມີສໍາລັບແບດເຕີຣີຂອງລັດແຂງແມ່ນມາຈາກການປະກອບສ່ວນຫຼາຍຢ່າງ, ທັງຫມົດແມ່ນເປົ້າຫມາຍການເພີ່ມປະລິມານສ່ວນຮ້ອຍຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໃນຫ້ອງ.ການເຜີຍແຜ່ຫຼາຍທີ່ສຸດແມ່ນການນໍາໂລຫະ lithium ເພື່ອທົດແທນ graphite ແລະ graphite / silicon ເປັນ anode.ໂລຫະ lithium ບໍລິສຸດມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງສຸດທີ່ເປັນໄປໄດ້ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຕ້ອງການພື້ນທີ່ຫນ້ອຍທີ່ສຸດ.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ບັນຫາຈໍານວນຫຼາຍຍັງຕ້ອງໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂ, ເຊັ່ນປະຕິກິລິຍາ irreversible (ແລະດັ່ງນັ້ນການບໍລິໂພກ) ຂອງໂລຫະ lithium, ການສ້າງ dendrite, ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະສິດທິພາບໃນປະຈຸບັນສໍາລັບ foils lithium planar ເມື່ອທຽບກັບ electrodes graphite porous (ຊິລິຄອນ), ແລະ, ສຸດທ້າຍ. ແຕ່ຢ່າງຫນ້ອຍ, "ການຫາຍໄປ" ຂອງ lithium ໃນລະຫວ່າງການໄຫຼ (deplating) ແລະດັ່ງນັ້ນການສູນເສຍການຕິດຕໍ່ກັບ electrolyte ແຂງ.ລັກສະນະຄວາມເຂັ້ມງວດທາງດ້ານກົນຈັກຂອງ electrolytes ແຂງຂອງເຊລາມິກຢ່າງແທ້ຈິງບໍ່ມີການປະຕິບັດຕາມ, ແລະຄວາມກົດດັນທີ່ສຸດຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກົດ lithium ແຫນ້ນກັບອົງປະກອບ electrolyte ແຂງ.ຈຸດຄວາມກົດດັນທີ່ບໍ່ຊ້ໍາກັນເຮັດໃຫ້ພື້ນທີ່ຫນ້າດິນທີ່ມີປະສິດຕິຜົນຕ່ໍາກວ່າ, ນໍາໄປສູ່ການສ້າງ dendrite ທ້ອງຖິ່ນແລະເງິນຝາກ spongy.ໂພລີເມີອິເລັກໂທຣອຍແມ່ນສອດຄ່ອງກັນທາງດ້ານກົນຈັກຫຼາຍ ແຕ່ຍັງບໍ່ທັນສະແດງການນໍາທາງ ionic ສູງພຽງພໍໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ.ວັດສະດຸໃຫມ່ທີ່ຫນ້າສົນໃຈຫຼາຍໃນເລື່ອງນີ້ແມ່ນ silica gel electrolytes, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກເອີ້ນກັນວ່າ "ionogels," ບ່ອນທີ່ electrolyte ແຫຼວ ionic (ILE) ຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນ matrix silica nanoporous (1).porosity ສູງທີ່ສຸດຂອງ silica matrix (70 ຫາ 90%) ເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸ electrolyte nanocomposite ເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມສອດຄ່ອງຄ້າຍຄື gel ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາສອດຄ່ອງກົນຈັກທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບ electrolytes polymer.ບາງຄັ້ງຊິລິກາເຈນເຫຼົ່ານີ້ຖືກລະບຸວ່າເປັນ electrolytes ແຂງແບບປະສົມ, ຍ້ອນວ່າພວກມັນມີທາດແຫຼວ.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສໍາລັບ silica nanocomposites, ດັ່ງທີ່ອະທິບາຍໄວ້ໃນເອກະສານນີ້, ionic "ຂອງແຫຼວ" electrolyte ກາຍເປັນແຂງ, ເມື່ອຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນສິບຊ່ອງຂະຫນາດ nanometer ທັງໂດຍການເພີ່ມຄວາມຫນືດແລະການດູດຊຶມຢູ່ໃນກໍາແພງຊິລິກາທີ່ຈໍາກັດ. ຊ່ອງ.ຖ້າ silica matrix ປະຕິບັດພຽງແຕ່ເປັນຕົວແຍກ porous, ຫຼັງຈາກນັ້ນການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຫນືດສໍາລັບ electrolyte ຂອງແຫຼວທີ່ຖືກກັກຂັງຈະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງການນໍາ ionic.ແທນທີ່ຈະ, ປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງໂມເລກຸນ ILE ແລະກໍາແພງ pore silica ເຮັດໃຫ້ຄຸນສົມບັດຂອງ nanocomposite ແຕກຕ່າງຈາກຜົນລວມຂອງອົງປະກອບສ່ວນບຸກຄົນຂອງມັນ.ການດູດຊຶມຂອງແຫຼວ ionic ເທິງ oxides ດ້ວຍການສ້າງຕັ້ງຂອງຊັ້ນ mesophase ແຂງເຖິງສອງສາມ nanometers ໃນຄວາມຫນາໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນດ້ານ planar ດ້ວຍກ້ອງຈຸລະທັດຜົນບັງຄັບໃຊ້ປະລໍາມະນູ (2).ການດູດຊຶມແບບເລືອກຂອງ anions ຂອງແຫຼວ ionic ແລະ cations ເທິງຫນ້າດິນ oxide ສາມາດນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ Li + ໃນການໂຕ້ຕອບເຫຼົ່ານີ້.ແນ່ນອນ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຕາມຕົວເຊື່ອມຕໍ່ oxide ຕ້ອງໄດ້ຊົດເຊີຍຫຼືແມ້ກະທັ້ງເກີນການຫຼຸດລົງຂອງ conductivity ຜ່ານ ILE ທີ່ຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນຫຼັກຂອງຮູຂຸມຂົນ.ດັ່ງນັ້ນ, ຂະຫນາດຂອງຮູຂຸມຂົນນ້ອຍລົງແລະອັດຕາສ່ວນຂອງຫນ້າດິນຕໍ່ປະລິມານສູງແມ່ນຕ້ອງການ.ມາຮອດປະຈຸ, ionogels ທີ່ມີ conductivities ion ໃກ້ກັບ ILE ຕົວຂອງມັນເອງໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນໂດຍການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງໂຄງສ້າງ mesoporous (3).ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າການປັບປຸງການໂຕ້ຕອບແມ່ນມີຢູ່ແລ້ວແຕ່ບໍ່ແມ່ນໃນຂອບເຂດຂອງການນໍາຕົວຫຼາຍເກີນ.

ການກະກຽມຂອງ ionogels ເລີ່ມຕົ້ນຈາກການປະສົມຂອງແຫຼວເປັນ homogeneous, ເຊິ່ງ ILE ໄດ້ຖືກເພີ່ມເຂົ້າໃນການແກ້ໄຂຄາຣະວາຂອງ sol-gel ສໍາລັບການສັງເຄາະຂອງມາຕຣິກເບື້ອງ oxide (4, 5).ໃນວິທີການນີ້, ILE ແລະ matrix ປະກອບເປັນອົງປະກອບໃນລັກສະນະ "in situ": ຄາຣະວາໃນການແກ້ໄຂປະຕິກິລິຍາເພື່ອປະກອບເປັນ oxide matrix ປະມານແມ່ແບບຂອງແຫຼວ ionic, encapsulating ມັນຢູ່ໃນຂະບວນການ.ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການສັງເຄາະທີ່ແນ່ນອນ, ILE-SCE ທີ່ກຽມໄວ້ ( electrolyte ປະສົມແຂງ) ສາມາດຢູ່ໃນຮູບແບບຂອງ monolith ທີ່ມີ ILE ຝັງຢູ່ໃນເຄືອຂ່າຍ oxide inorganic mesoporous ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ.ມາຮອດປະຈຸ, ILE-SCEs ທີ່ອີງໃສ່ silica ສ່ວນໃຫຍ່ໄດ້ຖືກກະກຽມດ້ວຍວິທີນີ້, ເຖິງແມ່ນວ່າຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກເຮັດດ້ວຍ alumina (6), titania (7), ແລະແມ້ກະທັ້ງ tin oxide (8).ສູດ sol-gel ທີ່ຖືກລາຍງານສ່ວນໃຫຍ່ປະກອບດ້ວຍ ILE, alkyl-silicate ເຊັ່ນ tetraethyl orthosilicate (TEOS) ເປັນຄາຣະວາຂອງຊິລິກາ, ແລະອາຊິດ formic ເປັນ reagent ແລະ solvent (9, 10).ອີງຕາມກົນໄກທີ່ສະເຫນີ (11) ສໍາລັບຂະບວນການ sol-gel ນີ້, silica ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຜະລິດໂດຍປະຕິກິລິຍາລະຫວ່າງ TEOS ແລະອາຊິດ formic, ເຖິງແມ່ນວ່ານ້ໍາແມ່ນຜະລິດໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ sol-gel.ນອກຈາກອາຊິດ formic ເຫຼົ່ານີ້ປະສົມ "nonaqueous" ສູດນ້ໍາ sol-gel ທີ່ມີ HCl ເປັນ catalyst ແລະ H2O ເປັນ reagent (ບວກກັບ solvent ອິນຊີ) ໄດ້ຖືກອະທິບາຍ, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນກໍລະນີນີ້ໂດຍສະເພາະສໍາລັບການສັງເຄາະຂອງອົງປະກອບ silica ກັບ. ທາດແຫຼວ ionic ເທົ່ານັ້ນ (12–15).

ໂດຍປົກກະຕິ, ionogels ສະແດງໃຫ້ເຫັນການນໍາ ion ຕ່ໍາກວ່າການອ້າງອີງຂອງ ILE.ການຜະລິດ ionogels ຮຸ່ນທໍາອິດມີການນໍາອຸນຫະພູມຫ້ອງໂດຍປົກກະຕິພຽງແຕ່ປະມານ 30 ຫາ 50% ຂອງມູນຄ່າ ILE ສ່ວນໃຫຍ່, ເຖິງແມ່ນວ່າບາງຕົວຢ່າງເຖິງ 80% ໄດ້ຖືກລາຍງານ (9, 10, 16, 17).ຜົນກະທົບຂອງເນື້ອໃນ ILE ແລະຜົນໄດ້ຮັບ morphology pore ກ່ຽວກັບການ conductivity ionogel ໄດ້ຖືກສືບສວນແລ້ວໃນລາຍລະອຽດ (3);ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ບໍ່ມີການສຶກສາລະບົບຂອງຜົນກະທົບການປັບປຸງການໂຕ້ຕອບແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ.Wu et al.(18) ບໍ່ດົນມານີ້ໄດ້ລາຍງານກ່ຽວກັບ ionogel ທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ໃນສະຖານທີ່, ເຊິ່ງຍັງໃຫ້ການເພີ່ມປະສິດທິພາບການປະພຶດເມື່ອທຽບກັບ ILE ສ່ວນໃຫຍ່.ການປັບປຸງແມ່ນຍ້ອນການປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງ anion ແລະກຸ່ມປະຕິບັດຫນ້າ 3-glycidyloxypropyl ເທິງຫນ້າດິນ silica.ການຄົ້ນພົບນີ້ສະຫນັບສະຫນູນແນວຄວາມຄິດທີ່ວ່າການທໍາງານຂອງຫນ້າດິນຢ່າງແທ້ຈິງສາມາດເສີມຂະຫຍາຍການສົ່ງເສີມການດໍາເນີນການໃນການໂຕ້ຕອບ.

ໃນວຽກງານນີ້, ພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນການສ້າງຕັ້ງຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນແຂງຢູ່ໃນຊິລິກາແລະລາຍລະອຽດກົນໄກຂອງການດໍາເນີນການ Li-ion interfacial ໂດຍການປະຕິສໍາພັນ dipole ເພີ່ມຂຶ້ນລະຫວ່າງຊັ້ນເຮັດວຽກຂອງກ້ອນຫນ້າດິນແລະຊັ້ນ adsorbed ທາດແຫຼວ ionic mesophase.ໂດຍການປະສົມປະສານຂອງພື້ນຜິວພາຍໃນສູງແລະຊັ້ນປະຕິບັດຫນ້າຂອງກ້ອນຫນາແຫນ້ນ, ທາດ electrolytes nanocomposite ແຂງ (nano-SCE) ທີ່ມີ 200% Li-ion conductivity ສູງກວ່າການອ້າງອິງ ILE ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນບັນລຸໄດ້.ຊິລິກາມາຕຣິກເບື້ອງໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີໂຄງສ້າງ mesoporous monolithic ທີ່ແທ້ຈິງທີ່ມີປະລິມານ pore ແລະພື້ນທີ່ຫນ້າດິນເຖິງ 90% ແລະ 1400 m2 / g, ດັ່ງນັ້ນການສະຫນອງອັດຕາສ່ວນຂອງຫນ້າດິນຕໍ່ປະລິມານທີ່ສູງທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ມີການປະກອບສ່ວນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງການປັບປຸງການດໍາເນີນການຕາມສ່ວນຕິດຕໍ່ເຫຼົ່ານີ້.ໂດຍການເພີ່ມປະສິດທິພາບການທໍາງານຂອງພື້ນຜິວ silica ບວກກັບການເພີ່ມອັດຕາສ່ວນຫນ້າດິນຕໍ່ປະລິມານສູງສຸດ, nano-SCE ທີ່ມີ ion conductivity ເກີນ 10 mS / cm ສາມາດຖືກອອກແບບແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເປັນທີ່ດຶງດູດຫຼາຍສໍາລັບແບດເຕີລີ່ຄວາມຈຸຂະຫນາດໃຫຍ່ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ລົດຍົນ.

ຈຸດສຸມຂອງເຈ້ຍຂອງພວກເຮົາແມ່ນກ່ຽວກັບກົນໄກຂອງການເພີ່ມປະສິດທິພາບການໂຕ້ຕອບໂດຍຜ່ານການສ້າງຊັ້ນ mesophase ທີ່ມີຫຼັກຖານຈາກ Raman, Fourier transform infrared (FTIR), ແລະ nuclear resonance magnetic resonance (NMR) spectroscopy.ຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນການໂຕ້ຕອບຂອງວັດສະດຸ nano-SCE ຂອງພວກເຮົາຢູ່ທີ່ແຮງດັນສູງແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນການນໍາໃຊ້ electrodes lithium manganese oxide (LMO).ດ້ວຍວິທີນີ້, ຈຸດສຸມແມ່ນຮັກສາວັດສະດຸຫຼາຍກວ່າການລວມຕົວຂອງ electrode ແລະບັນຫາການປະກອບຈຸລັງ.ເຊັ່ນດຽວກັນ, ປ່ອງຢ້ຽມ electrochemical ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຕໍ່ກັບ foils ໂລຫະ lithium ແມ່ນມີລັກສະນະຢ່າງເຕັມສ່ວນ.ການທໍາງານແລະການລວມຕົວຂອງ nano-SCE ຂອງພວກເຮົາແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໂດຍຜ່ານການປະກອບແລະການທົດສອບປະສິດທິພາບຂອງ lithium iron phosphate (LFP) ແລະ lithium titanate (LTO).ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ electrolyte ຂອງພວກເຮົາແລະການ inactivity electrochemical ຂອງນ້ໍາກ້ອນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນໂດຍຜ່ານການວົງຈອນໃນໄລຍະຍາວຂອງ symmetric Li-SCE-Li cells.ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ, ການປະຕິບັດອັດຕາ, ແລະການປະຕິບັດຮອບວຽນຂອງຈຸລັງທີ່ປະກອບຢ່າງເຕັມສ່ວນຈະເປັນຈຸດສຸມຂອງເອກະສານຕິດຕາມ (19, 20).

ການສົ່ງເສີມການ conductivity ion interfacial ໃນລະບົບປະສົມສອງໄລຍະໄດ້ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກເກືອບ 90 ປີ (21).ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ເຖິງສີ່ຄໍາສັ່ງຂອງການເພີ່ມຂື້ນຂອງການນໍາ ionic ໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນສໍາລັບອົງປະກອບຂອງເກືອ lithium ງ່າຍດາຍເຊັ່ນ: lithium iodide ທີ່ມີອະນຸພາກ oxide mesoporous ເຊັ່ນ silica ຫຼື alumina ເມື່ອປຽບທຽບກັບ conductivity ion ຂອງ electrolyte ເກືອ lithium ບໍລິສຸດ (22).ion ໃນ SCEs ເຫຼົ່ານີ້ສາມາດແຜ່ລາມໄດ້ໄວຂຶ້ນຫຼາຍຕາມຊັ້ນໄຟຟ້າ Li ion-depleted (ຫຼື vacancy-rich) ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໃນການໂຕ້ຕອບ oxide/electrolyte.ແຕ່ຫນ້າເສຍດາຍ, ການນໍາຂອງ ion ທີ່ໄດ້ຮັບໃນອົງປະກອບຂອງແຂງ-solid ອະນົງຄະທາດສອງອົງປະກອບທີ່ງ່າຍດາຍເຫຼົ່ານີ້ (1) ບໍ່ໄດ້ເກີນຂອບເຂດ 1-mS/cm2 ທີ່ຈໍາເປັນເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ໄລຍະຫ່າງສອງສາມຮ້ອຍໄມໂຄແມັດລະຫວ່າງແຜ່ນເກັບລວບລວມປະຈຸບັນໃນຫມໍ້ໄຟ Li-ion. .ແນວຄວາມຄິດຂອງ doping heterogeneous ກັບ matrix oxide ເພື່ອວິສະວະກໍາການ conductivity ionic ຍັງໄດ້ຖືກສໍາຫຼວດສໍາລັບ polymer electrolytes (23) ແລະ ILEs (24), ເຊິ່ງມີ intrinsic conductivity ionic ສູງກວ່າທີ່ຈະເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍ.ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄມີໂມເລກຸນທີ່ອຸດົມສົມບູນ (ສະເຕີລິໂອ) ຂອງອົງປະກອບທີສາມເປີດກົນໄກການນໍາ ion ເພີ່ມເຕີມ, ເນື່ອງຈາກວ່າ (di) ໂມເລກຸນທີ່ຄ້າຍຄືຕົວລະລາຍຂົ້ວໂລກອາດຈະມີສ່ວນຮ່ວມໃນການສ້າງຕັ້ງຂອງຊັ້ນສອງໄຟຟ້າ.ໃນຂະນະທີ່ການດໍາເນີນການແກ້ໄຂຂອງກຸ່ມ ether ໃນໂພລີເອທິລີນອອກໄຊ electrolytes ໂພລີເມີລີນສະຫນອງການນໍາທາງ ion ຂອງລັດແຂງຂອງ ~ 10−6 S / cm ສໍາລັບ LiClO4 ຫາ ~ 10−5 S / cm ສໍາລັບ LiN (SO2CF3)2, ອົງປະກອບຂອງພວກມັນກັບ silica, alumina. , ຫຼື titania nanoparticles ແທ້ຈິງແລ້ວສາມາດສະຫນອງການປັບປຸງຫຼາຍກ່ວາ 10 ເທົ່າຂອງການນໍາ ion ວັດແທກ (25), ແຕ່ຫນ້າເສຍດາຍ, ຍັງຕ່ໍາກວ່າເກນອຸນຫະພູມຫ້ອງຂອງ 1 mS / cm.ວິທີແກ້ໄຂ ILE ແມ່ນການປະສົມຂອງສານລະລາຍ Li-salt ແລະສານລະລາຍຂອງແຫຼວ ionic, ເຊິ່ງສາມາດມີຕົວນໍາ ionic ພາຍໃນສູງລະຫວ່າງ 0.1 ຫາ 10 mS/cm (26, 27).ຄວາມພະຍາຍາມຫຼາຍຄັ້ງໄດ້ຖືກດໍາເນີນເພື່ອເພີ່ມການນໍາ ion ໂດຍການປະສົມຫຼື gelling ມັນດ້ວຍ oxide nanoparticles ຫຼືເພື່ອຈໍາກັດ ILE ໃນ microparticles mesoporous (9, 16, 28, 29).ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມາຮອດປັດຈຸບັນ, ບໍ່ມີການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາ ion ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນສໍາລັບສາມອົງປະກອບ Li-salt / ionic ແຫຼວ / oxide composites (ຮູບ S1).ເຖິງແມ່ນວ່າການນໍາໃຊ້ microparticles silica mesoporous ເຮັດໃຫ້ມີການນໍາທີ່ສູງຂຶ້ນເມື່ອປຽບທຽບກັບອົງປະກອບທີ່ມີ nanoparticles ແຂງ, ພື້ນທີ່ຫນ້າດິນແລະການສົ່ງເສີມການ conduction ion ແມ່ນບໍ່ພຽງພໍທີ່ຈະເກີນການ conductivity ຂອງ ILE ຂະຫນາດໃຫຍ່.

ຊິລິກາ Mesoporous ແມ່ນອຸປະກອນທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ໃຊ້ໃນ catalysis.ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມັນຖືກເຮັດໂດຍການສັງເຄາະ hydrothermal ຫຼື sol-gel ງ່າຍດາຍ.ຂະບວນການ Hydrothermal ໂດຍປົກກະຕິນໍາໄປສູ່ຝຸ່ນ mesoporous, ແຕ່ດ້ວຍການຄວບຄຸມຢ່າງລະມັດລະວັງຂອງຂະບວນການ sol-gel ອຸນຫະພູມຫ້ອງ, monoliths ແກ້ວ porous ຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼື aerogels ຍັງໄດ້ຖືກຜະລິດ.ມາຕຣິກເບື້ອງຊິລິກາຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍຜ່ານປະຕິກິລິຍາ hydrolysis ແລະ condensation ຂອງ tetra-alkyl orthosilicates (30).ທີ່ສໍາຄັນໃນການຄວບຄຸມຂອງໂຄງສ້າງ pore ແມ່ນການນໍາໃຊ້ຂອງແມ່ແບບ, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, micelle ປະເພດ surfactant, ປະມານທີ່ silica matrix ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ.ເມື່ອຂອງແຫຼວ ionic ຖືກເພີ່ມເປັນໂມເລກຸນແມ່ແບບ, ຊິລິກາມາຕຣິກເບື້ອງ hydrated ປະຕິສໍາພັນກັບຂອງແຫຼວ ionic, ກອບເປັນຈໍານວນ gel, ແລະຫຼັງຈາກ curing ແລະຕາກແຫ້ງ, ຂອງແຫຼວ ionic ໄດ້ຖືກຈໍາກັດພາຍໃນ matrix silica nanoporous ແຂງ (13).ເມື່ອເກືອ lithium ຖືກເພີ່ມເປັນອົງປະກອບທີສາມ, ILE ທີ່ຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນ silica matrix ປະກອບເປັນ silica gel electrolyte, ເຊິ່ງຍັງຖືກເອີ້ນວ່າ ionogel (24).ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ມາຮອດປັດຈຸບັນ, ຊິລິກາເຈນ electrolytes ເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງ conductivities ໃກ້ກັບ ILE ສ່ວນໃຫຍ່ແຕ່ບໍ່ເກີນ, ຍົກເວັ້ນກໍລະນີຫນຶ່ງທີ່ຊິລິກາໄດ້ຮັບການປະຕິບັດທາງເຄມີ (ເບິ່ງຄໍາແນະນໍາ) (18).

ໃນທີ່ນີ້, ພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນ, ການສົ່ງເສີມການເປັນລະບົບຂອງ Li-ion conductivity ຂອງ nanocomposite ດີເກີນກວ່າທີ່ບໍລິສຸດຂອງ ILE.ຕົວຢ່າງຂອງ 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) ຖືກນໍາໃຊ້ຢູ່ທີ່ນີ້.ມັນໄດ້ຖືກ postulated ວ່າການດູດຊຶມຂອງໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ ionic ເທິງຫນ້າດິນຊິລິກາ OH ສິ້ນສຸດລົງແມ່ນສົ່ງເສີມໂດຍການມີຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ interfacial.ຄວາມຜູກພັນຂອງທາດໄຮໂດຣເຈນທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງນ້ໍາກ້ອນແລະ TFSI- anion ເຮັດໃຫ້ເກີດການສັ່ງໂມເລກຸນຂອງຂອງແຫຼວ ionic, ຄ້າຍຄືກັນກັບໂດເມນທີ່ສັ່ງທີ່ປະກອບເປັນຂອງແຫຼວ ionic ໂດຍ spontaneous (31).ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ ສຳ ຄັນກັບໂດເມນທີ່ຕັ້ງຂື້ນແບບສຸ່ມໃນ ILE ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນວ່າຊັ້ນນ້ ຳ ກ້ອນເຮັດ ໜ້າ ທີ່ເປັນຊັ້ນທີ່ມີປະໂຫຍດທີ່ (i) ກະຕຸ້ນການສັ່ງໂມເລກຸນເທິງພື້ນຜິວ oxide ແລະ (ii) ແນະນໍາ H-bonding ທີ່ແຂງແຮງເພື່ອກະຕຸ້ນໃຫ້ dipoles ປ່ອຍ Li+ ຟຣີ. ສໍາລັບການປັບປຸງການປະຕິບັດ.ຕໍ່ໄປກັບການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ Li + ຟຣີ, ພວກເຮົາຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າພະລັງງານການກະຕຸ້ນສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍແມ່ນຕ່ໍາຕາມສ່ວນຕິດຕໍ່ປະສົມກັບຊັ້ນ ILE ທີ່ດູດຊຶມແລະຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ.

ຊັ້ນນ້ໍາພື້ນຜິວທີ່ມີຄວາມຫນາບໍ່ຫຼາຍປານໃດ monolayers ໃນຊິລິກາເປັນຊັ້ນແຂງ, ຍ້ອນວ່າມັນຖືກຜູກມັດຢ່າງແຂງແຮງກັບກຸ່ມ silanol ຜ່ານຂົວ H ແລະດັ່ງນັ້ນຈິ່ງເອີ້ນວ່າຊັ້ນກ້ອນ (32).ຄວາມຫນາແຫນ້ນແລະຄວາມຫນາຂອງມັນ (ຄາດຄະເນເຖິງສາມຫາສີ່ monolayers, ມີ ~ 0.25 nm ຕໍ່ monolayer ກ້ອນ) ຢູ່ໃນຄວາມສົມດຸນຂອງ thermodynamic ກັບຄວາມກົດດັນນ້ໍາບາງສ່ວນ [ຄວາມຊຸ່ມຊື່ນພີ່ນ້ອງ (RH)] ໃນສະພາບແວດລ້ອມ (ຮູບ S2).ພວກ​ເຮົາ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ວ່າ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້ ion ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​ກັບ​ຄວາມ​ຫນາ​ຂອງ​ຊັ້ນ​ນ​້​ໍ​າ​ກ້ອນ​ເປັນ​ການ​ເຊື່ອມ​ຕໍ່ hydrogen ກັບ​ຊັ້ນ ionic adsorbed ຍັງ​ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​.ຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຄ້າຍຄືກັນກັບນ້ໍາຜລຶກໃນທາດປະສົມເຄມີ.ນີ້ແມ່ນກົງກັນຂ້າມກັບ electrolytes aqueous ເຂັ້ມຂຸ້ນ super ຫຼືອັນທີ່ເອີ້ນວ່ານ້ໍາໃນປະສົມເກືອ, ບ່ອນທີ່ປ່ອງຢ້ຽມ electrochemical ໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍອອກຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແຕ່, ໃນທີ່ສຸດ, ນ້ໍາຍັງມີການເຄື່ອນໄຫວ electrochemical (33).

ແຕກຕ່າງຈາກສູດສູດໄອໂອໂນເຈນທີ່ເປັນອາຊິດ formic-catalyzed ທົ່ວໄປ, ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ສານປະສົມ pH 5 ອ່ອນໆທີ່ມີນໍ້າຫຼາຍເກີນ ແລະ PGME (1-methoxy-2-propanol) ເພີ່ມໃສ່ TEOS ຄາຣະວາດ້ວຍເກືອ Li-TFSI ແລະ BMP-TFSI ionic ແຫຼວ.ຢູ່ທີ່ pH ນີ້, ປະຕິກິລິຍາ hydrolysis ແມ່ນຊ້າ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນແມ່ນເອື້ອອໍານວຍ (30).ເຊື່ອກັນວ່າ Li ions ຈະເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຕົວກະຕຸ້ນໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາໄຮໂດຼລິກ, ເພາະວ່າບໍ່ມີ gelation ເກີດຂື້ນໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີເກືອ lithium ໃນຂະນະທີ່ທັງສອງມີ pH ດຽວກັນຂອງ 5. ອັດຕາສ່ວນ molar ຂອງແຫຼວ ionic ກັບ TEOS (ແລະດັ່ງນັ້ນ moieties silica) ແມ່ນ. ຊີ້ບອກເປັນຄ່າ x ແລະມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນລະຫວ່າງ 0.25 ແລະ 2. ອັດຕາສ່ວນ molar ຂອງ BMP-TFSI ກັບ Li-TFSI ໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ຢູ່ທີ່ 3 (ກົງກັນກັບ 1 M Li-ion solution).ການແຫ້ງຊ້າແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນເພື່ອຮັກສາຄວາມສົມບູນຂອງໂຄງສ້າງຂອງ monolith (ເບິ່ງວັດສະດຸແລະວິທີການ).ຮູບທີ 1A ສະແດງຮູບຖ່າຍຂອງເມັດ monolithic ທີ່ໄດ້ຮັບຫຼັງຈາກການແຫ້ງສູນຍາກາດ.ການອົບແຫ້ງສູນຍາກາດ 72 ຊົ່ວໂມງແມ່ນພຽງພໍທີ່ຈະເອົາຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທັງຫມົດລົງໄປຫາຈຸດທີ່ມີນ້ໍາຟຣີທັງຫມົດອອກໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນທີ່ດູດຊຶມຍັງຄົງຢູ່ຢ່າງສົມບູນ, ຕາມການຢືນຢັນໂດຍ FTIR.ບໍ່ພົບການສັ່ນສະເທືອນຂອງນ້ຳຟຣີຢູ່ທີ່ 1635 cm−1 ໃນຕົວຢ່າງໃດນຶ່ງຫຼັງຈາກຂັ້ນຕອນການອົບແຫ້ງສູນຍາກາດ (ຮູບທີ 2).ສໍາລັບການປຽບທຽບ, FTIR spectrum ສໍາລັບຕົວຢ່າງ nano-SCE (x = 1.5) ເກັບຮັກສາໄວ້ສໍາລັບ 1 ອາທິດໃນກ່ອງໃສ່ຖົງມື N2 ຢູ່ທີ່ 60% RH.ໃນ​ກໍ​ລະ​ນີ​ນີ້​, ສູງ​ສຸດ​ນ​້​ໍ​າ​ທີ່​ຈະ​ແຈ້ງ​ທີ່​ຈະ​ແຈ້ງ​.ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຕົວຢ່າງທັງໝົດໄດ້ສະແດງສັນຍານທີ່ຊັດເຈນສໍາລັບການທໍາງານຂອງພື້ນຜິວ silanol (Si─OH ງໍລະຫວ່າງ 950 ຫາ 980 cm−1) ແລະຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນທີ່ຖືກດູດຊຶມ (O─H stretching at ~ 3540 cm−1) ຜູກມັດກັບ. ກຸ່ມພື້ນຜິວ─OHໂດຍ H-bonding (ລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມຂ້າງລຸ່ມນີ້).vials ໄດ້ຖືກນ້ໍາຫນັກກ່ອນແລະຫຼັງຈາກຂັ້ນຕອນການແຫ້ງເພື່ອວັດແທກນ້ໍາທີ່ເກັບຮັກສາໄວ້ໃນ nano-SCE (ຕາຕະລາງ S1).ຕໍ່ມາ, ພວກເຮົາຈະຄິດໄລ່ຈໍານວນ monolayers ທີ່ສອດຄ້ອງກັນຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນທີ່ຕິດກັບຫນ້າດິນຈາກນ້ໍາຫນັກເກີນ.ເມັດທີ່ແຫ້ງດ້ວຍສູນຍາກາດໄດ້ຖືກນໍາເຂົ້າໄປໃນກ່ອງຖົງມື [<0.1-ppm (ສ່ວນຕໍ່ລ້ານ) H2O] ແລະເກັບຮັກສາໄວ້ໃນ vials ປິດເພື່ອຮັກສາປະລິມານນ້ໍາຕົ້ນສະບັບ.ປະລິມານຂະຫນາດນ້ອຍໄດ້ຖືກເອົາມາຈາກເມັດສໍາລັບການກໍານົດລັກສະນະຕື່ມອີກ.

(A) ຮູບຂອງເມັດ nano-SCE ສອງເມັດ (ຊ້າຍ) ສັງເຄາະຢູ່ໃນ vial;ຫຼັງຈາກ gelation, ເມັດໂປ່ງໃສແມ່ນໄດ້ຮັບ.ໃຫ້ສັງເກດວ່າເມັດມີຄວາມໂປ່ງໃສຢ່າງເຕັມທີ່ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງໄດ້ຮັບສີສີຟ້າສໍາລັບການເບິ່ງເຫັນ.ເມື່ອ ILE ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກ, ເມັດສີຂາວທີ່ອ່ອນໆຍັງຄົງຢູ່ສໍາລັບ silica matrix ທີ່ມີຮູຂຸມຂົນສູງ (ຂວາ).(B) ການສະແກນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກ (SEM) ຮູບພາບຂອງ SiO2 matrix ທີ່ຍັງຄົງຢູ່ຫຼັງຈາກການໂຍກຍ້າຍຂອງ ILE.(C) ຊູມຮູບທີ່ສະແດງຢູ່ໃນ (B) ອະທິບາຍລັກສະນະ mesoporous ຂອງວັດສະດຸ matrix ກັບ macropores ບາງ.(D) ການສົ່ງຜ່ານກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກ (TEM) ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຫຸ້ມຫໍ່ຫນາແຫນ້ນຂອງ 7 ຫາ 10-nm silica nanoparticles ເປັນຕັນການກໍ່ສ້າງຂອງວັດສະດຸ matrix porous.(E) porosity ຂອງໂຄງສ້າງ matrix ວາງແຜນສໍາລັບອັດຕາສ່ວນ molar ທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງ ILE ກ່ຽວກັບ SiO2 (x ຄ່າ).ເສັ້ນ dashed ໃຫ້ porosity ທາງທິດສະດີກໍານົດຈາກສ່ວນຫນຶ່ງຂອງປະລິມານຂອງ ILE ແລະ silica.ຕົວ​ຢ່າງ​ທີ່​ລ້າງ​ອາ​ເຊ​ໂທນ (ສີ່​ຫລ່ຽມ​ສີ​ດຳ) ຖືກ​ຕາກ​ໃຫ້​ແຫ້ງ​ໃນ​ອາ​ກາດ, ເຊິ່ງ​ເຮັດ​ໃຫ້​ໂຄງ​ປະ​ກອບ​ການ​ພັງ​ລົງ​ບາງ​ສ່ວນ​ເປັນ x > 0.5.ການອົບແຫ້ງ CO2 Supercritical ຂອງ ethanol-rinsed nano-SCE (ວົງສີຂຽວ) ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ collapse ເຖິງ x = 2 ສໍາລັບການໂຍກຍ້າຍຊ້າພິເສດຂອງ CO2 (ວົງເປີດ).BET, Brunauer-Emmett-Teller.ສິນເຊື່ອຮູບ: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) IR spectra ຂອງ nano-SCE ຕາກໃຫ້ແຫ້ງໃນສູນຍາກາດ (ສີດໍາ) ແລະຕໍ່ມາຕາກໃຫ້ແຫ້ງໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ມີ 0.0005% RH ເປັນເວລາ 9 ມື້ (ສີຟ້າ) ແລະສໍາຜັດກັບ 30% RH ສໍາລັບ 4 ມື້ (ສີແດງ) ແລະເຖິງ 60. % RH ສໍາລັບ 8 ມື້ (ສີຂຽວ), ຕາມລໍາດັບ.au, ຫນ່ວຍງານ arbitrary.(B) ວົງຈອນ voltammograms ຂອງ stack Li/SCE/TiN ທີ່ມີຄ່າ x ຂອງ 1.0 (ສີຟ້າ), 1.5 (ສີຂຽວ), ແລະ 2.0 (ສີແດງ) ແລະຂອງອ້າງອີງຂອງ ILE (ສີດໍາ);inset ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ປະ​ຈຸ​ບັນ​ໃນ​ຂະ​ຫນາດ logarithmic​.(C) ວົງຈອນ voltammograms ຂອງ Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 stack (ສີແດງ), ILE (ຈຸດສີດຳ), ແລະ ILE ມີຮວງຂຶ້ນດ້ວຍນ້ຳໜັກ 5 % (wt %) H2O (ເສັ້ນ dash-dotted blue);ໃນ (B) ແລະ (C), ການວັດແທກກັບ ILE ແລະ ILE ກັບ H2O ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນການຕັ້ງຄ່າສາມ electrode ກັບ TiN ເປັນ electrode ເຮັດວຽກແລະ Li ເປັນ counter ແລະ electrodes ອ້າງອີງ.SCE ໄດ້ຖືກຕາກແຫ້ງເປັນເວລາ 2 ມື້ໃນກ່ອງຖົງມືຫຼັງຈາກການແຫ້ງສູນຍາກາດ.

ການ conductivity ionic (σi) ຂອງ vacuum-annealed nano-SCE ຂອງພວກເຮົາເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍສ່ວນຫນຶ່ງຂອງປະລິມານຂອງ ILE (x value) ສໍາລັບ particle composites (fig. S1).ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ໃນກໍລະນີນີ້, ການນໍາທາງ ionic ໄດ້ເກີນຂອງ ILE ບໍລິສຸດຂອງມັນເອງຫຼາຍກວ່າ 200% ສໍາລັບຄ່າ x ສູງສຸດ (ຮູບ 3).ນອກຈາກນັ້ນ, ການເອື່ອຍອີງຂອງອຸນຫະພູມຂອງ nano-SCE ກັບການນໍາ ion ປັບປຸງໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນພຶດຕິກໍາທີ່ແຕກຕ່າງຈາກ ILE ບໍລິສຸດ: ໃນຂະນະທີ່ Li-TFSI ໃນ BMP-TFSI ILE ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງທີ່ຊັດເຈນໃນການນໍາແລະພະລັງງານກະຕຸ້ນ (ຄວາມຊັນ) ປະມານການລະລາຍ. ຈຸດຂອງການປະສົມຢູ່ທີ່ 29 ° C, nano-SCE ທີ່ມີການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາບໍ່ໄດ້.ແທນທີ່ຈະ, ມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນ σi ກັບອຸນຫະພູມ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າປະເພດຂອງໄລຍະຫຼື mesophase ທີ່ບໍ່ຮູ້ຈັກກ່ອນຫນ້ານີ້ໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນແມ່ນຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບ.ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເປີ້ນພູຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າແລະດັ່ງນັ້ນພະລັງງານການກະຕຸ້ນຕ່ໍາສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍຂອງ nano-SCE ເມື່ອທຽບກັບ ILE ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (fig. S3).ມັນໄດ້ຖືກ postulated ວ່າປະຕິສໍາພັນທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ ionic ແລະຊັ້ນກ້ອນແຂງຢູ່ໃນ scaffold silica ແມ່ນຮັບຜິດຊອບສໍາລັບພຶດຕິກໍາ mesophase ສັງເກດເຫັນ, ດັ່ງທີ່ຈະໄດ້ຮັບການປຶກສາຫາລືກັບຮູບແບບທີ່ສະເຫນີຂ້າງລຸ່ມນີ້.

(A) ການເອື່ອຍອີງຈາກອຸນຫະພູມຂອງການນໍາຂອງ nano-SCEs ຕາກແດດໃຫ້ແຫ້ງເປັນເວລາ 8 ມື້ໃນກ່ອງຖົງມື (GB) ທີ່ມີຄ່າ x ຂອງ 2 (ສີ່ຫລ່ຽມສີດໍາ), 1.75 (ວົງສີສົ້ມ), 1.5 (ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າ), ແລະ 1.0 (ສາມຫຼ່ຽມສີຂຽວ. ) ແລະການອ້າງອີງຂອງ ILE (ເປີດຮຽບຮ້ອຍ).(B) ການນໍາຂອງ nano-SCEs ຍັງເຮັດໃຫ້ແຫ້ງໃນ GB ສໍາລັບ 0 ມື້ (ສີ່ຫຼ່ຽມສີຂຽວ), 10 ມື້ (ສາມຫຼ່ຽມສີດໍາ), ແລະ 138 ມື້ (ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າ).(C) Conductivity ທຽບກັບຮາກສີ່ຫລ່ຽມຂອງເວລາແຫ້ງຂອງ nano-SCE ດ້ວຍຄ່າ x ຂອງ 2 (ສີ່ຫລ່ຽມສີດໍາ), 1.5 (ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າ), 1.0 (ສາມຫຼ່ຽມສີຂຽວ), ແລະ 0.5 (ເພັດສີນ້ໍາຕານ).(D) ຄວາມທົນທານຂອງ nano-SCE ດ້ວຍ x = 2 (ສີ່ຫລ່ຽມສີດໍາ), 1.5 (ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າ), ແລະ 1.0 (ສາມຫຼ່ຽມສີຂຽວ) ເປີດເຜີຍຢູ່ໃນຫ້ອງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ N2.

ບັນຍາກາດ argon ໃນກ່ອງໃສ່ຖົງມືມີນ້ໍາຫນ້ອຍກວ່າ 0.1 ppm, ເຊິ່ງກົງກັບ 0.0005% RH, ຄວາມກົດດັນນ້ໍາບາງສ່ວນຂອງ 0.01 Pa, ຫຼືຈຸດນ້ໍາຕົກຂອງ -88 ° C.ເນື່ອງຈາກຈໍານວນຂອງຊັ້ນນ້ໍາ adsorbed ສຸດ silanol-terminated silica ຢູ່ໃນຄວາມສົມດຸນກັບຄວາມກົດດັນບາງສ່ວນຂອງນ້ໍາ (fig. S2), ນ້ໍາຫນ້າດິນຈະຄ່ອຍໆກະຈາຍອອກຈາກ nano-SCE ແລະ sublimate ຢູ່ແຄມ.ຮູບ 3C ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງໃນ conductivity ສໍາລັບ 23 μlຂອງ nano-SCE ເປັນຫນ້າທີ່ຂອງເວລາທີ່ຢູ່ອາໄສຢູ່ໃນກ່ອງຖົງມື.ການນໍາຂອງ ion ຫຼຸດລົງດ້ວຍການແຫ້ງຈົນກ່ວາມັນອີ່ມຕົວໃນມູນຄ່າທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບພື້ນຜິວ silica ໃນຄວາມສົມດຸນກັບຄວາມກົດດັນບາງສ່ວນຂອງນ້ໍາຂອງ 0.01 Pa ໃນກ່ອງຖົງມື.ເຖິງແມ່ນວ່າພາຍໃຕ້ສະພາບທີ່ແຫ້ງແລ້ງທີ່ສຸດຂອງກ່ອງຖົງມື, ຢ່າງຫນ້ອຍ, ມີ monolayer ບາງສ່ວນຂອງນ້ໍາ adsorbed ເທິງ silanol, ເນື່ອງຈາກວ່າ Raman spectroscopy ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນສັນຍານຢູ່ທີ່ 3524 cm-1, ເຊິ່ງສະເພາະສໍາລັບ monolayer ທໍາອິດຂອງນ້ໍາ adsorbed ສຸດ silanol. (ຮູບ 4B).ການ conductivity ion ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ອີ່ມຕົວແມ່ນຕໍ່າກວ່າ ILE ສ່ວນບຸກຄົນໃນທຸກກໍລະນີ.ດັ່ງນັ້ນ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບແມ່ນບໍ່ພຽງພໍເພື່ອຊົດເຊີຍການສູນເສຍການນໍາທາງ ionic ຂອງ ILE ທີ່ຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນແກນຂອງຮູຂຸມຂົນ.

(A) IR spectra ຂອງ nano-SCE ທີ່ມີຄ່າ x ຂອງ 1.5 (ສີແດງ), ການອ້າງອີງ ILE (ສີດໍາ), ແລະ SiO2 (ສີຟ້າ), ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າກຸ່ມ O═S═O (1231 cm−1) ມີສ່ວນຮ່ວມໃນ. ປະຕິສໍາພັນກັບກຸ່ມ OH ເທິງພື້ນຜິວ silica.(B) Raman spectra ຂອງ nano-SCE ທີ່ມີຄ່າ x ຂອງ 2 (ສີດໍາ), 1.5 (ສີແດງ), ແລະ 0.5 (ສີຟ້າ), ສະແດງໃຫ້ເຫັນການມີນ້ໍາກ້ອນທີ່ຜູກມັດຢູ່ໃນຊິລິກາ silanol-terminated ເຖິງແມ່ນສໍາລັບ nano-SCE ໃກ້ການອີ່ມຕົວ (0.0005. % RH) ໃນກ່ອງໃສ່ຖົງມື (30 ມື້).(C) ຮູບແບບທີ່ສະເຫນີສໍາລັບການໂຕ້ຕອບການໂຕ້ຕອບໃນ nano-SCE ກັບ dissociation Li-TFSI ເຂົ້າໄປໃນ Li+ ຟຣີຍ້ອນວ່າ TFSI- anion ແບ່ງປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງຄ່າລົບຂອງຕົນກັບຊັ້ນ adsorbed ice-TFSI-BMP;ສີເປັນຕົວແທນຂອງອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນກັບສີມ່ວງ (ຊິລິໂຄນ), ສີແດງ (lithium), ສີເຫຼືອງເຂັ້ມ (ຊູນຟູຣິກ), ສີສົ້ມ (ອົກຊີເຈນ), ສີຟ້າ (ໄນໂຕຣເຈນ), ສີຂາວ (hydrogen), ແລະສີຂຽວ (fluorine).ເສັ້ນ dashed ສີ​ມ່ວງ​ເປັນ​ຕົວ​ແທນ​ຂອງ​ຄວາມ​ຜູກ​ພັນ hydrogen ລະ​ຫວ່າງ​ກຸ່ມ O═S ຂອງ TFSI anion ແລະ​ກຸ່ມ OH ຂອງ​ຫນ້າ​ດິນ​ຊິ​ລິ​ກາ hydroxylated​.ໄອອອນ Li+ ທີ່ຕັ້ງໄວ້ໂດຍ dipole ເທິງຊັ້ນ adsorbed ສາມາດເຄື່ອນຍ້າຍຜ່ານມືຖືຕໍ່ມາຫຼືກະຈາຍຊັ້ນຂອງແຫຼວ ionic ຂ້າງເທິງຊັ້ນການໂຕ້ຕອບ.ໃຫ້ສັງເກດວ່າອີງຕາມຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງພັນທະບັດ hydrogen ແລະຄ່າທຽບເທົ່າຂອງຊິລິກາ, ຊັ້ນ adsorbed ຫຼາຍສາມາດຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນເຊັ່ນດຽວກັນ.ສະເປັກເຕັມແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ.S8.

ການສັງເກດທີ່ຫນ້າສົນໃຈແມ່ນການພົວພັນເສັ້ນກັບຮາກສີ່ຫລ່ຽມຂອງເວລາແຫ້ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3C, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການປ່ຽນແປງຂອງ conductivity ແມ່ນອັດຕາສ່ວນໂດຍກົງກັບການປ່ຽນແປງຂອງປະລິມານນ້ໍາກ້ອນທີ່ດູດຊຶມຢູ່ໃນຊິລິກາແລະວ່າການກໍາຈັດນ້ໍາຫນ້າດິນນີ້ແມ່ນ. ການແຜ່ກະຈາຍຈໍາກັດ.ໃຫ້ສັງເກດວ່າ "ການອົບແຫ້ງ" ພຽງແຕ່ເກີດຂື້ນໃນສະພາບແວດລ້ອມທີ່ເປີດຢູ່ບ່ອນທີ່ RH ຕ່ໍາກວ່າຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນທີ່ສົມດຸນ.ການ conductivity ບໍ່ມີການປ່ຽນແປງທີ່ຫນ້າສັງເກດ, ຕົວຢ່າງ, ໃນຈຸລັງຫຼຽນປິດທີ່ໃຊ້ສໍາລັບການວັດແທກອຸນຫະພູມທີ່ຂຶ້ນກັບ.

ການຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມຂອງ nano-SCE ໄດ້ຖືກວັດແທກສໍາລັບເວລາທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງການແຫ້ງໃນກ່ອງຖົງມື.ໃນຂະນະທີ່ການນໍາຂອງ nano-SCE ແຫ້ງເຂົ້າມາໃກ້ກັບ ILE, σi ທຽບກັບ 1 / T ໂປຣໄຟລ໌ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງສໍາລັບການນໍາຂອງ mesophase ຄ່ອຍໆປ່ຽນເປັນ profile ສໍາລັບ ILE, ອີກເທື່ອຫນຶ່ງເປີດເຜີຍໃຫ້ເຫັນການຫຼຸດລົງປະມານຈຸດລະລາຍຂອງມັນ (ຮູບ S3).ການສັງເກດການນີ້ຍັງສະຫນັບສະຫນູນການສົມມຸດຕິຖານວ່າຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຊັ້ນທີ່ເປັນປະໂຫຍດສໍາລັບການໂຕ້ຕອບການໂຕ້ຕອບກັບ ILE, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດພຶດຕິກໍາຂອງ mesophase ໃນ nano-SCE.ເພາະສະນັ້ນ, ເມື່ອຊັ້ນທີ່ມີປະໂຫຍດຖືກໂຍກຍ້າຍ, ILE ກາຍເປັນພຽງແຕ່ຢູ່ໃນເຍື່ອຫຸ້ມອົກຊີທີ່ມີ mesoporous.

ການວັດແທກຂອງປ່ອງຢ້ຽມຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ electrochemical ຢືນຢັນວ່ານ້ໍາກ້ອນໃນ nano-SCE ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ, ເນື່ອງຈາກວ່າບໍ່ມີຈຸດສູງສຸດສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນນ້ໍາຫຼືການຜຸພັງໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຢູ່ທີ່ electrode TiN inert (ຮູບ 2) ຫຼືຢູ່ໃນ electrode ຟິມບາງໆ TiO2, ຊຶ່ງຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນເຮັດຫນ້າທີ່. ເປັນ electro-catalyst ສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນນ້ໍາ.ແທນທີ່ຈະ, ສະຖຽນລະພາບທາງເຄມີຂອງ nano-SCE ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບຂອງ ILE ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກຈໍາກັດໂດຍການຜຸພັງຂອງ TFSI- ທີ່ທ່າແຮງ electrode >4.3 V ແລະການຫຼຸດຜ່ອນ TFSI− ແລະ BMP+ ທີ່ທ່າແຮງ <1 V ທຽບກັບ Li+/Li. (33).ສໍາລັບການປຽບທຽບ, voltammogram ແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນສໍາລັບ ILE ທີ່ມີນ້ໍາ 5 % (wt %) ເພີ່ມ (ເນື້ອໃນທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບບາງ nano-SCE; ເບິ່ງຕາຕະລາງ S1).ໃນກໍລະນີນີ້, ສາຂາ cathodic ສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນນ້ໍາໄດ້ຖືກວັດແທກທັນທີຫຼັງຈາກຈຸດສູງສຸດຂອງ Li-intercalation ຂອງ anatase ທີ່ 1.5 V ທຽບກັບ Li + / Li.

ຄວາມສະຖຽນຂອງຄວາມຮ້ອນ ແລະ (ໄຟຟ້າ) ເຄມີຂອງ nano-SCE ສ່ວນຫຼາຍແມ່ນກຳນົດໂດຍ ILE filler.ການວິເຄາະ Thermogravimetric (TGA) ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນຂອງ SCE ແລະ ILE ສູງເຖິງ 320 ° C, ໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງອັດຕາສ່ວນຂອງ ILE ກັບຊິລິກາ (ຮູບ S4).ສູງກວ່າອຸນຫະພູມນີ້, Li-TFSI ແລະ BMP-TFSI ເນົ່າເປື່ອຍຫມົດໄປເປັນອົງປະກອບທີ່ລະເຫີຍ, ແລະພຽງແຕ່ຊິລິກາມາຕຣິກເບື້ອງຍັງຢູ່ປະມານ 450 ອົງສາ C.ອັດຕາສ່ວນມະຫາຊົນທີ່ຍັງເຫຼືອຫຼັງຈາກການເສື່ອມໂຊມຂອງຄວາມຮ້ອນແມ່ນກົງກັນດີກັບສ່ວນຫນຶ່ງຂອງຊິລິກາໃນ SCE.

nano-SCE ບໍ່ສະແດງໂຄງສ້າງຈຸນລະພາກທີ່ຊັດເຈນຢູ່ໃນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສະແກນ (SEM) ຍົກເວັ້ນສໍາລັບພື້ນຜິວທີ່ລຽບທີ່ມີບາງແຜ່ນ silica peeking ອອກ (ຮູບ S5).ຄວາມຫນາແຫນ້ນສະເພາະຂອງ SCE ໄດ້ຖືກກໍານົດດ້ວຍ pycnometer helium ແລະປະມານ 1.5 g / cm3 ສໍາລັບຄ່າ x ທັງຫມົດ (ຕາຕະລາງ S1).ມາຕຣິກເບື້ອງຊິລິກາເຕັມທີ່ໄດ້ຖືກເປີດເຜີຍໂດຍການສະກັດເອົາ ILE ທີ່ຫນ້າເບື່ອຫນ່າຍໃນສານລະລາຍ (ເບິ່ງວັດສະດຸແລະວິທີການ).ໂດຍການເຮັດໃຫ້ແຫ້ງຢ່າງລະມັດລະວັງໃນຈຸດສໍາຄັນຂອງ CO2, monoliths airgel intact ສາມາດໄດ້ຮັບຄືກັບທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1A.ການກວດສອບ SEM ສະແດງໃຫ້ເຫັນ scaffold ຂອງ silica mesoporous ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງ pore 10- ຫາ 30-nm, ເຊິ່ງຫໍ່ປະມານ macropores ຂະຫນາດໃຫຍ່ກວ່າ 100 ຫາ 150 nm, ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ໃນຮູບ 1 (B ແລະ C).ກ້ອງຈຸລະທັດລະບົບສາຍສົ່ງທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງ (TEM) (ຮູບ 1D) ໄດ້ເປີດເຜີຍໂຄງສ້າງຈຸລະພາກທີ່ປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກນາໂນຊິລິກາທີ່ບັນຈຸໄວ້ຢ່າງໃກ້ຊິດ.ເສັ້ນຜ່າສູນກາງອະນຸພາກສະເລ່ຍຢູ່ລະຫວ່າງ 7 ຫາ 14 nm ສໍາລັບຄ່າ x ລະຫວ່າງ 0.5 ຫາ 1.5.

ພື້ນທີ່ສະເພາະ [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], porosity, pore ສະເລ່ຍ, ແລະການແຜ່ກະຈາຍຂະຫນາດ pore ໄດ້ຖືກກໍານົດດ້ວຍການວັດແທກການດູດຊຶມ N2 / desorption (ຕາຕະລາງ S1 ແລະຮູບ S6).ການພັງລົງບາງສ່ວນຂອງໂຄງສ້າງແລະການໂຍກຍ້າຍອອກບໍ່ຄົບຖ້ວນຂອງ ILE ທີ່ດູດຊຶມອາດຈະເຮັດໃຫ້ຕົວເລກທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ.ການສະກັດເອົາຂອງແຫຼວ ionic ຢ່າງລະມັດລະວັງແລະການແຫ້ງຊ້າໂດຍໃຊ້ CO2 supercritical ສະຫນອງໃຫ້, ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ຢູ່ໃກ້ກັບ porosity ຄາດວ່າຈະຄິດໄລ່ຈາກສ່ວນຫນຶ່ງຂອງປະລິມານຂອງ ILE ກັບ silica (ຮູບ 1).ພື້ນທີ່ພື້ນທີ່ BET ຢູ່ລະຫວ່າງ 800 ຫາ 1000 m2/g.ຂະຫນາດ pore ສະເລ່ຍທີ່ໄດ້ຮັບຈາກຄວາມຊັນຂອງ isotherm ທີ່ຢູ່ລະຫວ່າງ 7 ຫາ 16 nm.ນອກຈາກນັ້ນ, ສ່ວນຫນຶ່ງຂອງຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າຂອງຮູຂຸມຂົນຂະຫນາດໃຫຍ່ເຖິງປະມານ 200 nm ໄດ້ຖືກວັດແທກ (fig. S6), ອີງຕາມການສັງເກດການ SEM.ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ pore ສອດຄ້ອງກັນດີກັບສອງເທົ່າຂອງຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ ILE ທີ່ໄດ້ມາຈາກສ່ວນຫນຶ່ງຂອງປະລິມານຂອງ ILE ແລະພື້ນທີ່ BET, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າ mesopores ແມ່ນເຕັມໄປດ້ວຍ ILE.

ພື້ນທີ່ BET ທີ່ຖືກລາຍງານແມ່ນສໍາລັບ mesopores ແລະ macropores ເທົ່ານັ້ນ.ສຳລັບເມທຣິກທີ່ລ້າງດ້ວຍອາເຊໂທນ, micropores (~0.6 nm) ຍັງຖືກວັດແທກ.micropores ແມ່ນພົບເຫັນລະຫວ່າງ nanoparticles silica ສ່ວນບຸກຄົນທີ່ສ້າງໂຄງສ້າງດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ TEM ຂອງຮູບ 1D.ພື້ນທີ່ເພີ່ມເຕີມສູງສຸດລະຫວ່າງ 650 (x = 0.5) ແລະ 360 m2/g (x = 1.5) ແມ່ນຄາດຄະເນ (ຕາຕະລາງ S1).

ທັງ FTIR ແລະ Raman spectra ສະແດງໃຫ້ເຫັນຫຼັກຖານທີ່ຊັດເຈນສໍາລັບກຸ່ມ silanol ທີ່ມີໂມເລກຸນນ້ໍາກ້ອນທີ່ຖືກດູດຊຶມໃນ silica matrix ທີ່ມີ porosity ສູງທີ່ມີພື້ນທີ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງເກີນ 1400 m2/g ເມື່ອຄໍານຶງເຖິງ micropores, mesopores, ແລະ macropores.ລະຫວ່າງສູນແລະສາມ monolayers ນ້ໍາແມ່ນຄາດຄະເນຈາກນ້ໍາເກີນໃນ nano-SCE ສໍາລັບ x < 1.75.ສໍາລັບ silica planar, ສາມ monolayers ທໍາອິດຂອງນ້ໍາ adsorbed ແທ້ຈິງແລ້ວຖືວ່າບໍ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່ແລະຄ້າຍຄືແຂງເນື່ອງຈາກການຜູກມັດ hydrogen ທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງເຂົາເຈົ້າກັບພື້ນຜິວ OH-terminated (32) (ເບິ່ງ fig. S2).ເສັ້ນຍືດ O-H ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ hydrogen silanol ທີ່ຜູກມັດກັບຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນແມ່ນພົບເຫັນຢູ່ທີ່ 3540 cm−1 ໃນ FTIR spectra.ແທ້ຈິງແລ້ວ, nano-SCEs ທັງໝົດສະແດງໃຫ້ເຫັນຈຸດສູງສຸດທີ່ແຕກຕ່າງຢູ່ທີ່ 3540 cm−1 ສໍາລັບນ້ໍາກ້ອນຫຼັງຈາກສູນຍາກາດແຫ້ງແລະຫຼັງຈາກແຫ້ງຕື່ມອີກໃນກ່ອງຖົງມື (ຮູບ 2).ເຖິງແມ່ນວ່າສໍາລັບ nano-SCE equilibrated ທີ່ 0.0005% RH (ກ່ອງໃສ່ຖົງມື), Raman spectroscopy ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນການປະກົດຕົວຂອງ monolayer ຢ່າງຫນ້ອຍບາງສ່ວນ (ຮູບ 4B).ຊັ້ນ monolayer ທີສີ່ກ່ຽວກັບ silica planar ແມ່ນເຊື່ອວ່າເປັນຊັ້ນຂ້າມຜ່ານ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າມັນຍັງຖືກດູດຊຶມແລະຖືກຈໍາກັດແຕ່ສາມາດມີຄວາມເຄື່ອນທີ່ບາງຢ່າງ.ຈາກຊັ້ນທີຫ້າ, ນ້ໍາກາຍເປັນມືຖືແລະເປັນຂອງແຫຼວ.ນ້ໍາຄ້າຍຄືຂອງແຫຼວຈະສະແດງຢູ່ໃນຈໍານວນຄື້ນທີ່ສູງຂຶ້ນໃນ FTIR spectrum ເນື່ອງຈາກລະດັບຕ່ໍາຂອງ H-bonding ໃນນ້ໍາຂອງແຫຼວ.ສໍາລັບ nano-SCE ທີ່ສໍາຜັດກັບ 60% RH, ສູງສຸດ 3540-cm-1 ຈິງສະແດງໃຫ້ເຫັນການສັ່ນສະເທືອນເພີ່ມເຕີມທີ່ປ່ຽນເປັນຈໍານວນຄື້ນທີ່ສູງຂຶ້ນເນື່ອງຈາກຊັ້ນນ້ໍາຂອງແຫຼວທີ່ດູດຊຶມເພີ່ມເຕີມ.ຫນ້າສົນໃຈໃນເລື່ອງນີ້ແມ່ນການທົດລອງທີ່ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບ 30% RH, ເນື່ອງຈາກວ່າບໍ່ມີນ້ໍາຂອງແຫຼວທີ່ຄາດວ່າຈະຢູ່ໃນຊິລິກາໃນຄວາມຊຸ່ມຊື່ນນີ້ (ຮູບ S2).ສໍາລັບຕົວຢ່າງນີ້, ມີພຽງແຕ່ຈຸດສູງສຸດ 3540 cm−1 ສໍາລັບນ້ໍາກ້ອນແມ່ນເຫັນໄດ້ໃນ FTIR.ນອກຈາກນັ້ນ, ບໍ່ມີການກວດພົບຈຸດສູງສຸດ 1635 cm-1 ເຖິງແມ່ນວ່າຫຼັງຈາກ 4 ມື້ຢູ່ທີ່ 30% RH.ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່ານ້ໍາບໍ່ໄດ້ຖືກເອົາຂຶ້ນໂດຍ hygroscopic Li-TFSI ທີ່ລະລາຍໃນ hydrophobic BMP-TFSI ເມື່ອ nano-SCE ແຫ້ງໂດຍການປິ່ນປົວສູນຍາກາດ.ດັ່ງນັ້ນ, ນ້ໍາເພີ່ມເຕີມໃດໆໃນ SCE ຈະຖືກດູດຊຶມຢູ່ເທິງພື້ນຜິວຂອງຊິລິກາ OH.ດັ່ງນັ້ນ, ສໍາລັບ silica planar, SCE silica matrix ແມ່ນຢູ່ໃນຄວາມສົມດຸນກັບຄວາມກົດດັນບາງສ່ວນຂອງນ້ໍາໃນສະພາບແວດລ້ອມ.

ເພື່ອທົດສອບສົມມຸດຕິຖານນີ້ຕື່ມອີກ, ການນໍາຂອງ ion ຂອງ nano-SCE (x = 1, 1.5, ແລະ 2) ໄດ້ຖືກວັດແທກຢູ່ທີ່ % RH ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ;ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບສ່ວນປະສົມທີ່ຄວບຄຸມຂອງກ໊າຊ N2 ແຫ້ງແລະຊຸ່ມຊື່ນໃນກ່ອງຖົງມືເປັນເວລາ 2 ມື້ເພື່ອໃຫ້ການດູດຊຶມນ້ໍາເຂົ້າໄປໃນຄວາມສົມດຸນ (ຮູບ 3D).ສໍາລັບຈຸດຢູ່ທີ່ ~ 0% RH, ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງ nano-SCE ໃນກ່ອງຖົງມືໄດ້ຖືກປະຕິບັດ.ເປັນເລື່ອງແປກທີ່, ການນໍາຂອງ ion ທຽບກັບໂປຣໄຟລ໌ RH(%) ປະຕິບັດຕາມພຶດຕິກໍາທີ່ຄາດໄວ້ສໍາລັບການດູດຊຶມນ້ໍາໃນ planar silica (ຮູບ S2).ລະຫວ່າງ 0 ແລະ 30% RH, conductivity ເພີ່ມຂຶ້ນດ້ວຍການເພີ່ມ RH.ຕາມທີ່ຄາດໄວ້ສໍາລັບການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ adsorbed ແລະຄວາມຫນາ (ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບຫນຶ່ງຫາສາມຊັ້ນກ້ອນໃນ planar silica).ໃຫ້ສັງເກດວ່າ FTIR ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າບໍ່ມີນ້ໍາຟຣີຢູ່ໃນ nano-SCE ສໍາລັບຫຼາຍໆມື້ຢູ່ທີ່ 30% RH.ການຫັນປ່ຽນແມ່ນເຫັນໄດ້ປະມານ 50% RH, ສອດຄ່ອງກັບເງື່ອນໄຂທີ່ຊັ້ນນ້ໍາ adsorbed ໄລຍະຂ້າມແມ່ນຄາດວ່າຈະສໍາລັບ silica planar.ໃນທີ່ສຸດ, ການເພີ່ມຂື້ນຢ່າງເດັ່ນຊັດໃນການນໍາທາງ ion ໄດ້ຖືກພົບເຫັນໄປສູ່ 60% ແລະຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ສູງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງ, ໃນຄວາມຄ້າຍຄືກັນກັບ silica planar, ໃນປັດຈຸບັນ, ຍັງມີຊັ້ນນ້ໍາຂອງແຫຼວທີ່ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນການໂຕ້ຕອບລະຫວ່າງຊິລິກາແລະ ILE ຝັງ.ດ້ວຍ FTIR, ຊັ້ນນ້ໍາຂອງແຫຼວໃນຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນໃນປັດຈຸບັນໄດ້ຖືກກວດພົບໂດຍການປ່ຽນຈຸດສູງສຸດຂອງການສັ່ນສະເທືອນຂອງ silanol / ກ້ອນ / ນ້ໍາໄປສູ່ພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ (ຮູບ 2A).ການປ່ຽນແປງການປະພຶດທີ່ສັງເກດເຫັນແມ່ນປີ້ນກັບກັນ;ດັ່ງນັ້ນ, nano-SCE ສາມາດເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນເຊັນເຊີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນແລະ Li-ion electrolyte.ຈາກຮູບ 3D, ການນໍາຂອງ ion ຂອງ nano-SCE ທັນທີຫຼັງຈາກສູນຍາກາດ anneal ສອດຄ້ອງກັບ silica hydrated equilibrium ຂອງ ~10% RH.ການ​ນໍາ​ໃຊ້ ion ສໍາ​ລັບ​ການ​ອີ່ມ​ຕົວ​ໃນ​ສະ​ພາບ​ຫ້ອງ​ແຫ້ງ (~0.5​% RH​) ຈະ​ເປັນ​ປະ​ມານ 0.6 mS / cm (ສໍາ​ລັບ x = 2​)​.ການ​ທົດ​ລອງ​ນີ້​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ຜົນ​ກະ​ທົບ​ຂອງ​ນ​້​ໍ​າ interfacial ໃນ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້ ion ໄດ້​.ສໍາລັບ RH > 60%, ການນໍາຂອງ ion ທີ່ສູງຂຶ້ນສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍການແຜ່ກະຈາຍໄວຂອງ Li+ ທີ່ຖືກແກ້ໄຂຜ່ານຊັ້ນຂອງແຫຼວ.ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ໃນກໍລະນີຂອງຊັ້ນກ້ອນແຂງ, ການແຜ່ກະຈາຍຂອງ Li+ ion ຈະເປັນການແຜ່ກະຈາຍຂອງທາດແຂງ ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຊ້າກວ່າການແຜ່ກະຈາຍຂອງທາດໄອອອນ.ແທນທີ່ຈະ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບແມ່ນຍ້ອນການເພີ່ມປະສິດທິພາບການດູດຊຶມຂອງ anions ອິນຊີແລະ cations ຂອງໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ Li-salt ແລະ ionic, ດັ່ງທີ່ສະເຫນີໃນຮູບແບບຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ພວກເຮົາສະເຫນີຮູບແບບທີ່ໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ ionic ຖືກດູດຊຶມຢູ່ດ້ານຊິລິກາໂດຍຜ່ານ H-bridges ກັບຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ immobile ໃນກຸ່ມ silanol (ຮູບ 4).ລັກສະນະພາຍໃນຂອງປະຕິກິລິຍາການຂົ້ນຂອງ hydrolysis ສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ silanol ສູງສຸດ (4 × 1014 ຫາ 8 × 1014 cm−2, ເຊິ່ງກົງກັນດີກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຫນຶ່ງ monolayer ຂອງກ້ອນທີ່ມີ ~ 8 × 1014 ໂມເລກຸນນ້ໍາຕໍ່ cm2) (34).ຫຼັກຖານສໍາລັບປະຕິສໍາພັນໂມເລກຸນລະຫວ່າງປະລໍາມະນູ O ຂອງ TFSI anions ແລະ silica ໄດ້ຖືກມອບໃຫ້ໂດຍ FTIR, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນສອງເທົ່າຂອງຈຸດສູງສຸດ O═S═O ສໍາລັບ nano-SCE ທັງຫມົດເມື່ອທຽບກັບການອ້າງອິງ ILE (ຮູບ 4A; ເຕັມ spectra. ໃນຮູບ S8).ການປ່ຽນແປງຂອງຈຸດສູງສຸດເພີ່ມເຕີມທີ່ມີປະມານ −5 cm−1 ຈາກ 1231 cm−1 ສະແດງເຖິງການຜູກມັດຂອງກຸ່ມ O═S═O ສໍາລັບຢ່າງຫນ້ອຍສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ TFSI anions.ດັ່ງນັ້ນ, H-bonding ຂອງ anions TFSI ໃນຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນແມ່ນສົມມຸດ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, cations BMP hydrophobic ຂະຫນາດໃຫຍ່ເຊື່ອມໂຍງກັບຊັ້ນ TFSI ທໍາອິດ, ສໍາເລັດຊັ້ນ adsorbed ທໍາອິດຂອງໂມເລກຸນຂອງແຫຼວ ionic.ສໍາລັບຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນ, ໂມເລກຸນ BMP-TFSI ທີ່ຖືກດູດຊຶມແມ່ນຄິດວ່າສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນບໍ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຂະຫຍາຍຊັ້ນກ້ອນແຂງທີ່ຄ້າຍຄືຊິລິກາ.ເນື່ອງຈາກ TFSI anion ມີກຸ່ມ O═S═O symmetric, ປະລໍາມະນູອົກຊີເຈນທີ່ຫນຶ່ງສາມາດພົວພັນກັບຫນ້າດິນ silica hydroxylated ໃນຂະນະທີ່ອື່ນໆປະກອບເປັນຈຸດຕິດສໍາລັບ BMP cations.anion TFSI ຍັງມີສອງກຸ່ມ O═S═O, ຮັບປະກັນການດູດຊຶມຢ່າງຫນັກແຫນ້ນແລະຄໍາສັ່ງທີ່ຫນາແຫນ້ນຂອງ monolayer anion.ການດູດຊືມແມ່ນມີປະສິດທິພາບທີ່ສຸດໃນກໍລະນີຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງສຸດຂອງກຸ່ມ OH ເປັນຈຸດຕິດທີ່ມີທ່າແຮງ.ໃນທີ່ປະທັບຂອງກຸ່ມ silanol ເທົ່ານັ້ນ, ການດູດຊຶມອາດຈະບໍ່ແຂງແຮງພໍທີ່ຈະສ້າງເປັນຊັ້ນດູດຊຶມຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ.ນອກຈາກນັ້ນ, ຈໍານວນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ monolayers ກ້ອນແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກທີ່ຈະເພີ່ມຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງພັນທະບັດ hydrogen (35).ໃຫ້ສັງເກດວ່າປະຕິສໍາພັນຂອງໂມເລກຸນລະຫວ່າງ BMP cation ແລະ monolayer TFSI ທີ່ສັ່ງຈະແຕກຕ່າງຈາກສິ່ງທີ່ຢູ່ໃນທາດແຫຼວ ionic ທີ່ TFSI anion ມີອິດສະລະໃນການຫມຸນແລະບໍ່ມີຂົ້ວຈາກພື້ນຜິວ.ການຮັບຜິດຊອບຂອງ cation BMP ຂະຫນາດໃຫຍ່ແມ່ນແຈກຢາຍຢ່າງຈິງຈັງໃນຫຼາຍໆອະຕອມໂດຍການ polarization ຂອງພັນທະບັດພາຍໃນແລະປະຕິສໍາພັນຂອງໂມເລກຸນກັບສະພາບແວດລ້ອມທາງເຄມີຂອງມັນແລະ, ໂດຍສະເພາະ, anion TFSI adsorbed.H-bonding ລະຫວ່າງ O-group ຂອງ anion TFSI ແລະການປິດ OH ຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນໃນປັດຈຸບັນແນະນໍາ dipole ໃນໄລຍະຊັ້ນ adsorbed ທໍາອິດ, inducing ຄໍາສັ່ງໂມເລກຸນເພີ່ມເຕີມໂດຍສະມາຄົມ.ມັນເຊື່ອວ່າໃນຈຸດນີ້, ໂມເລກຸນ Li-TFSI ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າຈະດູດຊຶມຢູ່ໃນຊັ້ນໂມເລກຸນທີ່ປະຈຸບັນ TFSI anion ຈະຊົດເຊີຍຄ່າ dipolar ບວກທີ່ເຫຼືອຂອງຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍຂອງ BMP cations ໃນຊັ້ນເທິງ, ດັ່ງນັ້ນການຫຼຸດຜ່ອນການພົວພັນກັບ Li ຂອງມັນ. ໄອອອນ.ດ້ວຍວິທີນີ້, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ Li+ ຟຣີແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນໃນການໂຕ້ຕອບນີ້, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການນໍາທາງ ion ສູງຂຶ້ນ.ດັ່ງນັ້ນ, ຊັ້ນນ້ຳກ້ອນທີ່ໜາກວ່າ ແລະ ໜາຂຶ້ນແລ້ວຈຶ່ງແນະນຳ dipole ຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ມີຄ່າຕົກຄ້າງທີ່ສູງກວ່າເພື່ອຊົດເຊີຍ, ໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ Li+ ທີ່ສູງກວ່າອັດຕາສ່ວນ ແລະ ການນຳໃຊ້ໄອອອນ.

ຢູ່ດ້ານເທິງຂອງຊັ້ນ ILE ທີ່ຖືກດູດຊຶມ, ຊັ້ນ ILE ອື່ນສາມາດດູດຊຶມໄດ້ຄ້າຍຄືກັນກັບຫຼາຍຊັ້ນຂອງກ້ອນໃນຊິລິກາຫຼືການດຶງ dipole ຂອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນແມ່ນອ່ອນເກີນໄປແລະ ILE ທີ່ຖືກຜູກມັດເລັກນ້ອຍຢູ່ເທິງສຸດ, ເຊິ່ງສາມາດສະຫນອງການປະພຶດທີ່ຄ້າຍຄືຂອງແຫຼວ. Li+ ions ປ່ອຍອອກມາໃນຊັ້ນ adsorbed ຕ່ໍາ (ຮູບ 4C).ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ Li+ ion ຟຣີໄດ້ຖືກຢືນຢັນໂດຍການວັດແທກທັງ NMR ແລະ Raman spectroscopy.ການວັດແທກ Raman ໂດຍທາງອ້ອມສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ Li+ ion ຟຣີມີຢູ່ໃນ nano-SCE ຢ່າງແທ້ຈິງທີ່ມີຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນຫຼາຍຜູກພັນກັບຊິລິກາ (ຮູບ 5).Raman ວັດແທກການເຊື່ອມໂຍງຂອງ cation ກັບ TFSI ໂດຍ probing ການສັ່ນສະເທືອນຂອງກຸ່ມ N ຂອງ anion TFSI (36).ໃນທາດແຫຼວທີ່ບໍລິສຸດ BMP-TFSI ionic, ມີພຽງແຕ່ຈຸດສູງສຸດດຽວຢູ່ທີ່ 741 cm−1.ໃນກໍລະນີຂອງ ILE ບໍລິສຸດ, ຈຸດສູງສຸດເພີ່ມເຕີມແມ່ນເຫັນໄດ້ຢູ່ທີ່ 746 cm−1 ບ່ອນທີ່ສອງ TFSI anions ປະສານງານກັບ Li+ ion ດຽວ [ເບິ່ງການຄິດໄລ່ທິດສະດີການທໍາງານຄວາມຫນາແຫນ້ນ (DFT) ໃນວັດສະດຸແລະວິທີການ].ສໍາລັບ nano-SCEs ທັງໝົດ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງສຸດຢູ່ທີ່ 746 cm−1 ແມ່ນອ່ອນກວ່ານັ້ນສໍາລັບ ILE, ເຊິ່ງສະແດງເຖິງສ່ວນນ້ອຍກວ່າຂອງ Li-TFSI ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ ແລະ, ດັ່ງນັ້ນ, ສ່ວນທີ່ໃຫຍ່ກວ່າຂອງ Li+ cations ທີ່ບໍ່ກ່ຽວຂ້ອງ ຫຼືບໍ່ເສຍຄ່າ.ລະດັບສູງສຸດຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍສໍາລັບ nano-SCE ເຫຼົ່ານັ້ນທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາທີ່ສູງທີ່ສຸດ, ເຊັ່ນ, ຜູ້ທີ່ມີຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນຫນາທີ່ສຸດ.ສໍາລັບ nano-SCE ທີ່ສົມດຸນໃນກ່ອງຖົງມື, ຍັງ, ສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ Li+ ຟຣີແມ່ນຖືກວັດແທກເຖິງແມ່ນວ່າຈະນ້ອຍກວ່າສໍາລັບຕົວຢ່າງ vacuum-annealed.ອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງສຸດສໍາລັບ 746 ຫຼາຍກວ່າ 741 cm−1 Raman ປ່ຽນແປງຫຼັງຈາກນັ້ນເປັນມາດຕະການຂອງອັດຕາສ່ວນຂອງຟຣີກັບ TFSI ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ Li-ions (ຮູບ 5B).ການເພີ່ມຂຶ້ນເສັ້ນຊື່ຂອງສ່ວນ Li+ ion ຟຣີທີ່ມີມູນຄ່າ x ປະຕິບັດຕາມທ່າອ່ຽງຂອງການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາດ້ວຍຄ່າ x ໃນຮູບ 3B, ທັງສອງສໍາລັບ vacuum dry nano-SCE (ມື້ 0) ແລະ SCE ທີ່ສົມດຸນກັບຄວາມແຫ້ງຂອງກ່ອງຖົງມື (ມື້. 138).

(A) Raman spectra of an ionic liquid (IL; dotted blue line) and ILE reference (ILE; dash-dotted line) ຂອງ nano-SCE (ສູນຍາກາດແຫ້ງ) ທີ່ມີຄ່າ x 0.5 (ສີຂຽວ), 1.5 (ສີເຫຼືອງ) , ແລະ 2 (ສີນໍ້າຕານ) ແລະຂອງ nano-SCE (x = 1.5) ນອກຈາກນັ້ນເຮັດໃຫ້ແຫ້ງໃນກ່ອງໃສ່ຖົງມືເປັນເວລາ 30 ມື້ ຫຼືໃກ້ກັບການອີ່ມຕົວຢູ່ທີ່ 0.0005% RH (ສີແດງ).ເສັ້ນຕັ້ງປ້າຍຊື່ການປ່ຽນ Raman ສໍາລັບ TFSI ດ້ວຍ N ສູນກາງປະສານງານກັບ Li+ (746 cm−1) ແລະບໍ່ໄດ້ປະສານງານກັບ Li+ (741 cm−1), ຕາມລໍາດັບ.(B) ອັດຕາສ່ວນຂອງ Li+ ຂອງການປະສານງານຟຣີຂອງ nano-SCE ທີ່ຖືກສັງເຄາະ (ສູນຍາກາດແຫ້ງ, ວົງສີດໍາ) ແລະຍັງຕາກໃຫ້ແຫ້ງໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ມີ 0.0005% RH ເປັນເວລາ 30 ມື້ (ເພັດສີຟ້າ), ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງປະສົມປະສານ. ຍອດ Raman (746 ຊຕມ-1 ເກີນ 741 ຊຕມ-1).(C) PFG-NMR-ມາຈາກຕົວຄູນການກະຈາຍຕົວຂອງ Li+ ຂອງ nano-SCE (ເພັດສີແດງ) ແລະ ILE ref.(ສີ່ຫລ່ຽມສີດໍາ) ເປັນຫນ້າທີ່ຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງກໍາມະຈອນພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ gradient.ຈຸດສູງສຸດທາງທິດສະດີກ່ຽວກັບ Raman spectra ໄດ້ຖືກຈໍາລອງໂດຍໃຊ້ການຄິດໄລ່ DFT.

ຈາກ gradient ພາກສະຫນາມ pulsed NMR (PFG-NMR), ຕົວຄູນການແຜ່ກະຈາຍດ້ວຍຕົນເອງຂອງຊະນິດ Li-ion ມືຖືທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້ຖືກກໍານົດເປັນຫນ້າທີ່ຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງກໍາມະຈອນສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ gradient ∆ສໍາລັບການອ້າງອິງຂອງແຫຼວ ILE ແລະສໍາລັບ nano-. SCE (x = 1.5) ມີການນໍາທາງ ion ດຽວກັນຂອງ 0.6 mS/cm (ຮູບ 5C).ຄ່າສໍາປະສິດການກະຈາຍຕົວຂອງ Li+ ໃນການອ້າງອິງ ILE ແມ່ນຄົງທີ່, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີພຽງແຕ່ຊະນິດ Li ຊະນິດດຽວ ຫຼືຫຼາຍຊະນິດທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍທີ່ມີຢູ່ໃນຂອງແຫຼວ.ສໍາລັບ nano-SCE, ຄ່າສໍາປະສິດການກະຈາຍຕົວຂອງມັນເອງແຕກຕ່າງກັນກັບ ∆ ແລະເກີນຂອງ ILE ໃນໄລຍະສັ້ນ ∆, ສະແດງໃຫ້ເຫັນການມີຂອງຊະນິດທີ່ເຄື່ອນທີ່ໄວທີ່ຕອບສະຫນອງພຽງແຕ່ໃນໄລຍະສັ້ນໆລະຫວ່າງກໍາມະຈອນເຕັ້ນພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ.gradient ໃນຕົວຄູນການແຜ່ກະຈາຍດ້ວຍຕົນເອງຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າຕໍ່ໄປກັບການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ Li-ion ຟຣີ, ດັ່ງທີ່ສົມມຸດຕິຖານຈາກ Raman spectroscopy, ພະລັງງານກະຕຸ້ນສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍແມ່ນຫຼຸດລົງໃນຊັ້ນການໂຕ້ຕອບ mesophase ເຊັ່ນກັນ.ນີ້ສະຫນັບສະຫນູນການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາທີ່ນໍາສະເຫນີໂດຍ Li+ ions ຟຣີ (ຫຼາຍ) ໃນຊັ້ນ mesophase.ໃນທີ່ຍາວກວ່າ ∆, ຕົວຄູນການກະຈາຍຕົວຂອງມັນເອງແມ່ນຕໍ່າກວ່າການອ້າງອີງຂອງ ILE.ນີ້ຢືນຢັນການນໍາທາງ ion ຕ່ໍາຫຼາຍສໍາລັບກ່ອງຖົງມື - nano-SCE ອີ່ມຕົວເມື່ອທຽບກັບ ILE.ILE ທີ່ຖືກກັກຂັງຢູ່ໃນຫຼັກຂອງ mesopores ຈະມີຄວາມຫນືດສູງກວ່າເນື່ອງຈາກການຈໍາກັດການເຄື່ອນໄຫວຂອງໂມເລກຸນ.ເພາະສະນັ້ນ, ການປັບປຸງໂດຍການສ້າງ Li-ions ທີ່ແຜ່ກະຈາຍໄວຫຼາຍໃນການໂຕ້ຕອບ silica / ice / ILE ຈະຕ້ອງ overcompensate ການຫຼຸດລົງຂອງ conductivity ໃນຫຼັກຂອງ pore ໄດ້.ນີ້ອະທິບາຍເຖິງການຂາດການເພີ່ມປະສິດທິພາບໃນລະບົບທີ່ອີງໃສ່ອະນຸພາກທີ່ການໂຕ້ຕອບບໍ່ໄດ້ສະຫນອງການສົ່ງເສີມການດໍາເນີນການ ion ພຽງພໍ (fig. S1).

ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ electrochemical ຂອງ nano-SCE ຕໍ່ກັບໂລຫະ lithium ໄດ້ຖືກທົດສອບໂດຍໃຊ້ການຕິດຕັ້ງສາມ electrode (schematic ຂອງການຕິດຕັ້ງແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນ fig. S7).ລັກສະນະທີ່ມີທ່າແຮງໃນປະຈຸບັນຂອງ Li/SCE (x = 1.5) ແລະ Li/ILE half-cell ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 6A.ສໍາລັບປ່ອງຢ້ຽມ electrochemical ໃນຮູບທີ 2, electrochemistry ແມ່ນຖືກຈໍາກັດໂດຍ ILE filler.ສັງເກດເຫັນການເຄືອບ lithium ປີ້ນກັບກັນແລະລອກເອົາ.ຊັ້ນ electrolyte ແຂງຄົງທີ່ interphase (SEI) ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນ lithium ໂລຫະທີ່ມີ RSEI ປະມານ 0.9 ກິໂລ-ohm · cm2, ຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການຫຼຸດລົງ IR ຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນເສັ້ນໂຄ້ງ iU ໃນທັງສອງດ້ານ cathodic ແລະ anodic.ກະແສ cathodic ໃນການແກ້ໄຂ ILE ບໍລິສຸດບໍ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງ hysteresis ຫຼຸດລົງເຖິງ −2.5 mA/cm2.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການລະລາຍ anodic ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຈຸດສູງສຸດຂອງ passivation ທີ່ມີກະແສ anodic ຄົງທີ່ຂອງພຽງແຕ່ 0.06 mA / cm2.ສາຂາກະແສໄຟຟ້າ cathodic ຢູ່ທີ່ການໂຕ້ຕອບຂອງແຂງ-ແຂງ Li/SCE ບໍ່ສະແດງ hysteresis ສໍາລັບກະແສ cathodic ຫນ້ອຍກວ່າ −0.5 mA/cm2.ຄວາມຕ້ານທານຂອງ SEI ແມ່ນ, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ປະມານສອງເທົ່າ.ເຊັ່ນດຽວກັນ, ສູງສຸດຂອງ anodic ແມ່ນຕ່ໍາແລະກະແສຄົງທີ່ຫຼັງຈາກຈຸດສູງສຸດຂອງ anodic passivation ແມ່ນ 0.03 mA / cm2, ພຽງແຕ່ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງການແກ້ໄຂ ILE ບໍລິສຸດ.ການສ້າງຕັ້ງຂອງ SEI ແລະຊັ້ນ passivation ໃນຮູຂຸມຂົນຂອງ SCE ຈໍາກັດການປະຈຸບັນຢູ່ທີ່ໂລຫະ lithium.ທັງສອງ voltammograms ສໍາລັບ Li/ILE ແລະ Li/SCE electrodes ແມ່ນສາມາດແຜ່ພັນໄດ້ຕາມຮອບວຽນຫຼາຍ, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າຊັ້ນ passivation anodic ແລະຊັ້ນ SEI ເຄມີແມ່ນປີ້ນກັບກັນໄດ້ແລະມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ.kinetics ການລະລາຍຊ້າຢູ່ທີ່ການໂຕ້ຕອບ Li/SCE ຈໍາກັດການປະຕິບັດຂອງເຊນເຄິ່ງທີ່ເຮັດດ້ວຍໂລຫະ Li anodes ຂ້າງລຸ່ມນີ້.

(A) Cyclic voltammogram of nano-SCE (x = 1.5, as synthesed after vacuum drying) (red) and ILE reference (black) measured in three-electrode configuration with Li as working, counter, and reference electrodes (ຄວາມຕ້ານທານ SEI ຄາດຄະເນຈາກ IR ຫຼຸດລົງໃນກະແສ cathodic ແມ່ນ 0.9 ແລະ 1.8 kilo-ohm·cm2 ສໍາລັບ ILE ແລະ SCE, ຕາມລໍາດັບ).(B) ເສັ້ນໂຄ້ງການສາກໄຟ/ການໄຫຼຂອງ Galvanic ຂອງ Li/SCE (x = 1)/100-nm thin-film LiMn2O4 cell ສໍາລັບຫ້າຮອບທີ່ C-rates ຂອງ 1C, 5C, ແລະ 20C.(C) ວົງຈອນ voltammograms ຂອງ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 ແລະ Li/SCE/30-μm ຈຸລັງ electrode ຝຸ່ນ LiFePO4 (1 mV/s).(D) ເສັ້ນໂຄ້ງການສາກໄຟ/ການໄຫຼຂອງ Galvanic ຂອງ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 powder electrode ທີ່ 1C, 0.1C, 0.2C, ແລະ 0.02C.(E) ເສັ້ນໂຄ້ງສາກໄຟ/ການໄຫຼຂອງ Galvanic ຂອງ electrode ຜົງ Li/SCE/30-μm LiFePO4 ທີ່ 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, ແລະ 0.01C.(F) ຄວາມອາດສາມາດ (ເພັດເຕັມໄປສໍາລັບການ delithiation ແລະສີ່ຫລ່ຽມເປີດສໍາລັບ lithiation) ທຽບກັບຈໍານວນວົງຈອນຂອງ Li/SCE/30-μm LiFePO4 ຝຸ່ນ electrode;ຄວາມຫນາຂອງ SCE ໃນຈຸລັງແມ່ນປະມານ 280 μm.ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ LFP ແລະ LTO cathode ແມ່ນປະມານ 1.9 ແລະ 11.0 mg / cm2, ຕາມລໍາດັບ.(G) ທ່າແຮງທຽບກັບເສັ້ນໂຄ້ງເວລາຂອງ Li/SCE/Li stacked cycled at the current density of 0.1, 0.2, 0.5, ແລະ 0.1 mA/cm2.(H) ຂົ້ວໂລກທີ 1, 10, 125 ແລະສຸດທ້າຍຂອງສະເຕກ Li/SCE/Li ເນັ້ນໜັກຢູ່ທີ່ 0.1 mA/cm2, ສະແດງຢູ່ໃນ (G).ສໍາລັບ (G) ແລະ (H), SCE ມີ conductivity 0. 34 mS/cm, ແລະຄວາມຫນາຂອງເມັດ SCE ແມ່ນ 0.152 ຊຕມ.

ຟິມບາງໆ 100-nm LiMn2O4 (LMO) ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນ electrode ບວກແບບຈໍາລອງເພື່ອທົດສອບຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງ nano-SCE ແລະວັດສະດຸ electrode ໃນຂະນະທີ່ກໍາຈັດບັນຫາການໂຕ້ຕອບທີ່ມີທ່າແຮງໃນ particle composite electrodes (37).ການປະຕິບັດການຮອບວຽນຂອງ electrode/SCE stack ທີ່ມີຟິມບາງໆສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງການໂຕ້ຕອບລະຫວ່າງ electrode ແລະ electrolyte.ໃນການຕິດຕັ້ງຟິມບາງຮູບແບບນີ້, ມີພຽງແຕ່ຫນຶ່ງດຽວ, ກໍານົດໄວ້ດີ, ແລະການຕິດຕໍ່ການໂຕ້ຕອບ planar ແມ່ນມີຢູ່ລະຫວ່າງ electrolyte ແລະ electrode, ie, ມັນເປັນເວທີທີ່ເຫມາະສົມທີ່ຈະສຶກສາ electrochemistry ຂອງການໂຕ້ຕອບ electrolyte / electrode ໂດຍບໍ່ມີບັນຫາການປ່ຽນແປງປະລິມານ. , ແລະ​ອື່ນໆ​ໃນ​ການ​ທົດ​ລອງ​ນີ້​, ການ​ປະ​ຕິ​ບັດ​ອັດ​ຕາ​ການ​ບໍ່​ໄດ້​ຖືກ​ຈໍາ​ກັດ​ໂດຍ Li-foil counter electrode​, ເນື່ອງ​ຈາກ​ວ່າ​ຄວາມ​ຫນາ​ແຫນ້ນ​ຂອງ​ປະ​ຈຸ​ບັນ (6 μA / cm2 ສໍາ​ລັບ 1C​) ແມ່ນ​ຂ້າງ​ລຸ່ມ​ນີ້​ຂອງ​ພູ​ພຽງ anodic ໃນ​ປັດ​ຈຸ​ບັນ​ສະ​ຫມໍ່າ​ສະ​ເຫມີ​ສໍາ​ລັບ​ເຄິ່ງ lithium​. ເຊລ (0.03 mA/cm2).ເສັ້ນໂຄ້ງການສາກໄຟ/ການໄຫຼວຽນທີ່ຄົງທີ່ ແລະ ຄົງທີ່ແມ່ນໄດ້ຮັບສໍາລັບແຮງດັນຕັດທີ່ 4.3 V ສໍາລັບອັດຕາ C ລະຫວ່າງ 1 ແລະ 20C ສໍາລັບຫຼາຍກວ່າ 20 ຮອບ (ຮູບ 6B).LMO ແມ່ນບໍ່ຄົງທີ່ໃນ electrolyte ແຫຼວສໍາລັບ LiB.ຕົວຢ່າງ, ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອາດສາມາດ 50% ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນໃນ 100-nm LMO film charge-discharged for 10 cycles in a LiClO4/propylene carbonate electrolyte at 1C (37).ຜົນໄດ້ຮັບຂອງພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ nano-SCE ແມ່ນເຂົ້າກັນໄດ້ກັບ LMO ຫຼາຍກ່ວາ electrolyte ແຫຼວປົກກະຕິ.

ເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນການລວມຕົວຂອງ nano-SCE, ພວກເຮົາຍັງໄດ້ fabricated ເຄິ່ງຈຸລັງດ້ວຍ Li4Ti5O12 (LTO) ແລະ LiFePO4 (LFP) electrodes ຜົງ.ການແກ້ໄຂຄາຣະວາໄດ້ຖືກໂຍນລົງໃນຫ້ອງຫຼຽນເພື່ອ impregnate electrodes porous ແລະປະໄວ້ສໍາລັບການ gelation ຕື່ມອີກກ່ອນທີ່ມັນຈະແຫ້ງແລະສູນຍາກາດ-annealed ຄືກັນກັບສໍາລັບ pellets nano-SCE.ຈຸລັງສະແດງໃຫ້ເຫັນລັກສະນະ lithiation/delithiation ຂອງ electrodes ທີ່ສອດຄ້ອງກັນ (ຮູບ 6C).ກະແສໄຟຟ້າສູງສຸດຕ່ໍາສໍາລັບ LFP ກ່ວາ LTO ແມ່ນຍ້ອນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມຫນາຂອງເຄືອບ.ອັດຕາການປະຕິບັດໃນລະຫວ່າງການວັດແທກການສາກໄຟ / ການໄຫຼໄດ້ຖືກຈໍາກັດໃນປັດຈຸບັນໂດຍ Li-foil counter electrode ກົດໃສ່ຊັ້ນ nano-SCE ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນເທິງຂອງ 30- ຫາ 40-μm - ເຄືອບ electrode ຫນາ (ຮູບ 6, D ແລະ E).ເຊນ LTO/nano-SCE/Li ບັນລຸຄວາມອາດສາມາດສູງສຸດຂອງ 160 mA·hour/g ໃນອັດຕາ C ຕໍ່າຂອງ 0.02C (ຮູບ 6D).ຄວາມສາມາດທີ່ສາມາດເຂົ້າເຖິງໄດ້ຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວາດ້ວຍອັດຕາ C ທີ່ມີຫນ້ອຍກວ່າ 10% ສໍາລັບອັດຕາ C ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ 0.1C.ເຊັ່ນດຽວກັນ, ເຊນ LFP/SCE/Li ໄດ້ບັນລຸຄວາມຈຸສູງສຸດປະມານ 140 mA·hour/g ທີ່ 0.01C (ຮູບ 6E).ຮູບ 6F ສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາການປະຕິບັດສໍາລັບຈໍານວນທັງຫມົດ 30 ຮອບວຽນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການຕັ້ງຄ່າເຊນທີ່ຫມັ້ນຄົງ.ການທົດລອງເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການທໍາງານຂອງ nano-SCE ເປັນ Li-ion electrolyte ແລະຄວາມເປັນໄປໄດ້ສໍາລັບການລວມຢູ່ໃນຈຸລັງ Li-ion.

ຄວາມສະຖຽນ ຫຼື ຮອບວຽນຂອງ nano-SCE ໄດ້ຖືກທົດສອບໂດຍໃຊ້ Li/SCE/Li symmetric stack.ມັນໄດ້ຖືກຖີບເປັນເວລາຫຼາຍກວ່າ 120 ຮອບທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ 0.1 mA / cm2 ເປັນເວລາ 0.5 ຊົ່ວໂມງ (ຮູບ 6G) ໂດຍບໍ່ມີບັນຫາໃດໆຫຼືການສ້າງ dendrite (ຮູບ 6H).ແຮງດັນ polarization ກາຍເປັນຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າໃນໄລຍະເວລາ, ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງການປັບປຸງການຕິດຕໍ່.ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຈຸລັງໄດ້ຖືກເນັ້ນເຖິງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນຂອງ 0.5 mA / cm2, ໂດຍບໍ່ມີການສ້າງຕັ້ງຂອງ lithium dendrites ຫຼືອາການຂອງການເສື່ອມສະພາບຂອງ nano-SCE ຫຼືການໂຕ້ຕອບ (ຮູບ 6G).ໂລຫະ lithium ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກໃນການສ້າງຊັ້ນ interphase ປ້ອງກັນຫຼື SEI ຢູ່ເທິງຫນ້າຂອງມັນຢູ່ໃນ BMP-TFSI-based ILEs (27).ປະຕິກິລິຍານີ້ຍັງເກີດຂຶ້ນຢູ່ໃນການໂຕ້ຕອບ lithium/nano-SCE;ດັ່ງທີ່ໄດ້ສົນທະນາພາຍໃຕ້ຮູບທີ 6A, SEI ອາດຈະຂະຫຍາຍຕົວເລັກນ້ອຍພາຍໃນຮູຂຸມຂົນ, ອະທິບາຍເຖິງຄວາມຕ້ານທານ SEI ທີ່ສູງກວ່າສໍາລັບ nano-SCE ຫຼາຍກວ່າ ILE (ເບິ່ງຂ້າງເທິງ).ຫຼັກຖານສະແດງສໍາລັບຊັ້ນ SEI ແມ່ນໄດ້ຮັບຈາກ IR spectra (ຮູບ S9).ຄ້າຍຄືກັບການເຄືອບ SEI ໃນ LiB ຄລາສສິກ, ເຊິ່ງຄັດລອກ electrode graphite ຈາກ electrolyte ແຫຼວເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການຕິກິຣິຍາເພີ່ມເຕີມ, ພວກເຮົາເຊື່ອວ່າ SEI ຢູ່ທີ່ນີ້ຍັງປົກປ້ອງຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນຈາກການປະຕິກິລິຢາເພີ່ມເຕີມຈາກໂລຫະ lithium anode.impedance spectra ກ່ອນ ແລະຫຼັງ polarization ຂອງ Li/nano-SCE (x = 1.5) ເປັນເວລາ 10 ຊົ່ວໂມງບໍ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງຂອງການຕໍ່ຕ້ານ electrolyte ຫຼາຍ.ການວັດແທກປະສິດທິພາບການຖີບລົດຍາວແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອຍົກເວັ້ນການແຫ້ງຊ້າຂອງ nano-SCE ໂດຍໂລຫະ lithium, ແຕ່ຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງທ່າແຮງສໍາລັບການຮອບວຽນທີ່ດີເລີດຂອງ SCE ໃນແບດເຕີລີ່ແຂງຂອງໂລຫະ lithium.ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການເຄືອບ interphase ທຽມສາມາດຖືກພິຈາລະນາເພື່ອປັບປຸງການຂັດຂວາງການໂຕ້ຕອບທັງຫມົດ.

ພວກ​ເຮົາ​ໄດ້​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ວ່າ​ການ​ສົ່ງ​ເສີມ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້ ion ໃນ​ການ​ໂຕ້​ຕອບ​ຂອງ​ຊິ​ລິ​ກາ​ສາ​ມາດ​ບັນ​ລຸ​ໄດ້​ໂດຍ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ຂອງ​ຊັ້ນ​ນ​້​ໍ​າ chemisorbed ເທິງ​ຫນ້າ​ດິນ silica OH​.ທາດເຄມີ anions TFSI ຢູ່ໃນຊັ້ນທີ່ເຮັດວຽກຂອງນ້ໍານີ້ໂດຍຜ່ານການຜູກມັດ hydrogen ກັບກຸ່ມ O═S═O symmetric.ຊັ້ນພື້ນຜິວນ້ໍາແມ່ນບໍ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່ແລະດ້ວຍເຫດນີ້ຍັງ pins ຊັ້ນ TFSI adsorbed ກັບຫນ້າດິນ.BMP cations ຂະຫນາດໃຫຍ່ເຊື່ອມໂຍງກັບ TFSI monolayer, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງແນະນໍາການສັ່ງໂມເລກຸນຂອງ TFSI-BMP ເທິງຫນ້າດິນ.ພວກ​ເຮົາ​ເຊື່ອ​ວ່າ gelation ຊ້າ​ໃນ​ສະ​ພາບ​ແວດ​ລ້ອມ​ທີ່​ມີ​ນ​້​ໍ​າ​ແລະ​ການ​ແຫ້ງ​ຊ້າ​ຊ່ວຍ​ໃນ​ການ​ສ້າງ​ປະ​ກອບ​ຂອງ​ຊັ້ນ​ນ​້​ໍ​າ​ທີ່​ເປັນ​ປະ​ໂຫຍດ​ແລະ​ຊັ້ນ​ຈັດ​ຕັ້ງ​ຂອງ ions ອິນ​ຊີ​ຢູ່​ເທິງ​ຂອງ​ມັນ​.ໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນ anion TFSI ທໍາອິດແບ່ງປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງຄ່າລົບຂອງມັນກັບຊິລິກາ hydroxylated, ຊັ້ນ BMP cation ຢູ່ເທິງສຸດຈະຊອກຫາການເຊື່ອມໂຍງກັບ TFSI anion ອື່ນ, ເຊິ່ງ BMP ຫຼາຍສາມາດແບ່ງປັນຄ່າບໍລິການທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບຄ່າຕອບແທນຂອງພວກເຂົາກັບຫນຶ່ງ TFSI (ສົມມຸດວ່າສາມຫາຫນຶ່ງເຊັ່ນໃນ ອັດຕາສ່ວນຂອງ IL ກັບ Li-TFSI ໃນ ILE).ເນື່ອງຈາກໂມເລກຸນເກືອ Li-TFSI ມີວິທີການທີ່ໃກ້ຄຽງທີ່ສຸດ, ໄອອອນ Li+ ຈະແຍກຕົວອອກ ແລະຖືກຕັ້ງໄວ້ສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍໄວຕາມຊັ້ນການໂຕ້ຕອບນີ້.ສໍາລັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບ, ຊະນິດ Li+ ທີ່ບໍ່ເສຍຄ່າເຫຼົ່ານີ້ຕ້ອງການຢ່າງຫນ້ອຍຫນຶ່ງຊັ້ນຂອງແຫຼວ ionic ເພີ່ມເຕີມເພື່ອຍ້າຍຜ່ານ.ສໍາລັບເຫດຜົນນີ້, nano-SCE ທີ່ມີຄ່າ x ຕ່ໍາຂອງ 0.5 ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າບໍ່ມີການເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາ, ເນື່ອງຈາກວ່າພື້ນທີ່ຂອງ ILE / silica ແມ່ນພຽງພໍສໍາລັບ monolayer ປິດດຽວ.

ມັນໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນຕື່ມອີກວ່າຊັ້ນນ້ໍາແຂງຫຼືຊັ້ນນ້ໍາກ້ອນແມ່ນບໍ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທາງເຄມີ.ໃນຈຸດນີ້, ພວກເຮົາບໍ່ສາມາດຍົກເວັ້ນໄດ້ວ່ານ້ໍາກ້ອນທີ່ຕິດຕໍ່ໂດຍກົງກັບຫນ້າ electrode ແມ່ນບໍ່ reacting.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພວກເຮົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການແຜ່ກະຈາຍອອກຂອງນ້ໍາຫນ້າດິນແມ່ນຊ້າລົງແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງບໍ່ມີເຫດຜົນສໍາລັບການກວດພົບ.ພວກເຮົາຮັບຮູ້ວ່າການປົນເປື້ອນຂອງນ້ໍາ, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນມີຂະຫນາດນ້ອຍ, ຈະເປັນຄວາມກັງວົນສະເຫມີ, ແລະພຽງແຕ່ການທົດສອບວົງຈອນຊີວິດຍາວສາມາດໃຫ້ຄໍາຕອບທີ່ແນ່ນອນກ່ຽວກັບວ່ານ້ໍາມີຄວາມຜູກມັດພຽງພໍ.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຊັ້ນພື້ນຜິວທີ່ມີປະໂຫຍດອື່ນໆທີ່ໃຫ້ການສົ່ງເສີມຫນ້າດິນທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼືໃຫຍ່ກວ່າໃນປັດຈຸບັນສາມາດພັດທະນາໄດ້.ໃນເລື່ອງນີ້, ກຸ່ມ Li ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງທ່າແຮງຂອງຊັ້ນ glycidyloxypropyl ເປັນກຸ່ມທີ່ມີປະໂຫຍດ (18).ນ້ຳກ້ອນມີຖິ່ນກຳເນີດຂອງຊິລິກາ ແລະເພາະສະນັ້ນຈຶ່ງເໝາະສົມໃນການສຶກສາຜົນກະທົບຂອງການເຮັດວຽກຂອງພື້ນຜິວຕໍ່ການສົ່ງເສີມການນຳໄອອອນຢ່າງເປັນລະບົບ, ດັ່ງທີ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງສຳເລັດຜົນຢູ່ທີ່ນີ້.ນອກຈາກນັ້ນ, ຊັ້ນ mesophase ແລະ dipole ຂອງມັນຈະຂຶ້ນກັບ oxide ແລະຢູ່ໃນໂມເລກຸນອິນຊີ adsorbed ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສາມາດໄດ້ຮັບການປັບໂດຍທັງສອງ.ຢູ່ໃນຫ້ອງທົດລອງ, ພວກເຮົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມແຕກຕ່າງຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນການສົ່ງເສີມການນໍາ ion ສໍາລັບທາດແຫຼວ ionic ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.ນອກຈາກນັ້ນ, ຫຼັກການທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນແມ່ນທົ່ວໄປຕໍ່ກັບການນໍາ ion ແລະຍັງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບລະບົບ ion ທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ເຫມາະສົມ, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ສໍາລັບຫມໍ້ໄຟ sodium, magnesium, calcium, ຫຼືອາລູມິນຽມ ion ຫມໍ້ໄຟ.ສະຫຼຸບແລ້ວ, electrolyte nanocomposite ທີ່ມີການໂຕ້ຕອບທີ່ສະແດງຢູ່ໃນນີ້ແມ່ນແນວຄວາມຄິດແທນທີ່ຈະເປັນວັດສະດຸດຽວ, ເຊິ່ງສາມາດເພີ່ມເຕີມ (nano) ວິສະວະກໍາເພື່ອຄຸນສົມບັດທີ່ຕ້ອງການຂອງ conduction ion, ຈໍານວນການຂົນສົ່ງ, ປ່ອງຢ້ຽມໄຟຟ້າ, ຄວາມປອດໄພ, ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສໍາລັບການຜະລິດຈຸລັງຫມໍ້ໄຟໃນອະນາຄົດ. .

nano-SCE ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍໃຊ້ວິທີການ sol-gel.Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99.95%), 0.5 ml ຂອງ deionized H2O, 0.5 ml ຂອງ TEOS (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%), ແລະ. ml ຂອງ PGME ຖືກປະສົມໃສ່ໃນແກ້ວແກ້ວ.ອັດຕາສ່ວນ molar, x, ລະຫວ່າງ [BMP][TFSI] ແລະ TEOS ໃນປະສົມແມ່ນແຕກຕ່າງກັນລະຫວ່າງ 0.25 ແລະ 2. ອັດຕາສ່ວນ molar ຂອງ Li[TFSI] ແລະ [BMP][TFSI] ຖືກແກ້ໄຂຢູ່ທີ່ 0.33:1.ປະລິມານຂອງ Li[TFSI] ແລະ [BMP][TFSI] ໄດ້ຖືກກໍານົດຈາກອັດຕາສ່ວນເຫຼົ່ານີ້.ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອ x = 1, ການເພີ່ມ [BMP][TFSI] ແລະ Li[TFSI] ໃນການແກ້ໄຂແມ່ນ 0.97 ແລະ 0.22 g, ຕາມລໍາດັບ.ການປະສົມໄດ້ຖືກສັ່ນສໍາລັບ 1 ນາທີເພື່ອສ້າງເປັນການແກ້ໄຂ monophasic.ວິທີແກ້ໄຂເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກເກັບໄວ້ໃນແກ້ວປິດໂດຍບໍ່ມີການ stirring ເພື່ອສ້າງເປັນ gels ຢູ່ໃນຫ້ອງຄວບຄຸມອຸນຫະພູມ - ແລະຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ (SH-641, ESPEC Corp.) ກັບອຸນຫະພູມແລະ RH% ກໍານົດໄວ້ທີ່ 25 ° C ແລະ 50%, ຕາມລໍາດັບ.ອີງຕາມ x, ການປະສົມໃຊ້ເວລາ, ໂດຍສະເລ່ຍ, 5 ຫາ 9 ມື້ເພື່ອສ້າງເປັນເຈນທີ່ຊັດເຈນ.ຫຼັງຈາກການແຊ່ນ້ໍາ, ແກ້ວທີ່ມີເຈວ 2.4 ຫາ 7.4 ມລໄດ້ຖືກຕາກໃຫ້ແຫ້ງຄັ້ງທໍາອິດຢູ່ທີ່ 40 ° C ສໍາລັບສີ່ມື້ເຕັມທີ່ຄວາມກົດດັນຫຼຸດລົງເລັກນ້ອຍ (80 kPa) ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຍ້າຍໄປໃນເຕົາອົບສູນຍາກາດເປັນເວລາ 72 ຊົ່ວໂມງຢູ່ທີ່ 25 ° C.ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ຍັງເຫຼືອໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍ, ສູນຍາກາດຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງຈາກຄວາມກົດດັນເບື້ອງຕົ້ນປະມານ 50 Pa ໄປສູ່ຄວາມກົດດັນຄົງທີ່ສຸດທ້າຍຂອງ 5 Pa ຫຼັງຈາກປະມານ 1 ມື້.ເນື່ອງຈາກປະລິມານນ້ໍາຫຼາຍແລະ PGME ທີ່ຕ້ອງໄດ້ເອົາອອກ, ເມັດ SCE ທີ່ໄດ້ຮັບຜົນໄດ້ຫຼຸດລົງຈາກ 20% (x = 0.5) ຫາ ~ 50% (x = 2) ຂອງປະລິມານເຈນເດີມ.ນ້ໍາຫນັກຂອງ gels ຜົນໄດ້ຮັບໄດ້ຖືກວັດແທກດ້ວຍຄວາມສົມດຸນ semimicro (SM 1245Di-C, VWR).

TGA ຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນ Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) ພາຍໃຕ້ໄນໂຕຣເຈນ.ໃນ​ລະ​ຫວ່າງ​ການ​ວັດ​ແທກ​, ຕົວ​ຢ່າງ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ໃຫ້​ຄວາມ​ຮ້ອນ 700 ° C ໃນ​ອັດ​ຕາ​ການ​ໃຫ້​ຄວາມ​ຮ້ອນ 2 ° C / ນາ​ທີ​.FTIR spectrometry ແມ່ນເຮັດໄດ້ໂດຍໃຊ້ Bruker Vertex 70 ໃນຈໍານວນຄື້ນຕັ້ງແຕ່ 4000 ຫາ 400 cm−1 ໃນໂຫມດສາຍສົ່ງ.ລາວ pycnometry ແມ່ນເຮັດໄດ້ໂດຍໃຊ້ Micromeritics AccuPyc II 1340.

ເພື່ອວັດແທກການນໍາທາງ ionic, ປະລິມານຂະຫນາດນ້ອຍຂອງ SCE ໄດ້ຖືກເອົາມາຈາກແກ້ວແມ່ພາຍໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍ Ar (0.1-ppm H2O ແລະ 0.1-ppm O2).ປະມານ 23 μlຂອງ SCE ໄດ້ຖືກຕື່ມໃສ່ໃນວົງແຫວນ polytetrafluoroethylene (PTFE) ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງພາຍໃນ 4.34 ມມແລະຄວາມສູງ 1.57 ມມ, ປະກອບເປັນເມັດ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເມັດໃນວົງໄດ້ຖືກ sandwiched ລະຫວ່າງສອງແຜ່ນສະແຕນເລດ (SS) (ຫນາ 0.2 ມມ; MTI).ການວັດແທກ impedance ແມ່ນເຮັດໂດຍໃຊ້ PGSTAT302 (Metrohm), ມີຄວາມກວ້າງຂອງ AC ຂອງ 5 mV ໃນລະດັບຄວາມຖີ່ຈາກ 1 MHz ຫາ 1 Hz.ການ conductivity ion (σi) ຖືກກໍານົດຈາກການຂັດຂວາງຄວາມຖີ່ສູງກັບແກນທີ່ແທ້ຈິງໃນດິນຕອນ Nyquist.ຫຼັງ​ຈາກ​ການ​ວັດ​ແທກ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້​, ເມັດ nano-SCE ໄດ້​ຮັບ​ອະ​ນຸ​ຍາດ​ໃຫ້​ແຫ້ງ​ຕື່ມ​ອີກ​ໃນ​ປ່ອງ​ຖົງ​ມື​.ສໍາລັບການວັດແທກການເພິ່ງພາອາໄສອຸນຫະພູມ, SS/SCE/SS stacks ໄດ້ຖືກຜະນຶກເຂົ້າກັນຢູ່ໃນຫ້ອງຫຼຽນ.ຫຼັງຈາກການປະທັບຕາ, ການດໍາເນີນການຄົງທີ່ເປັນເວລາຫຼາຍໆມື້ (ເບິ່ງຮູບ S3).ອຸນຫະພູມຂອງຈຸລັງຫຼຽນຖືກຄວບຄຸມດ້ວຍເສື້ອກັນຄວາມຮ້ອນທີ່ມີອາບນ້ໍາຄວາມຮ້ອນໂດຍໃຊ້ H2O / ethylene glycol ເປັນສື່ກາງເຮັດວຽກ.ຈຸລັງໄດ້ຖືກເຮັດໃຫ້ເຢັນເປັນຄັ້ງທໍາອິດປະມານ -15 ອົງສາ C ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເປັນຂັ້ນຕອນທີ່ສະຫລາດເຖິງ 60 ° C.

ຈາກແຕ່ລະເມັດ nano-SCE, ປະມານ 23 μlໄດ້ຖືກນໍາເຂົ້າໄປໃນວົງແຫວນ (ເສັ້ນຜ່າກາງພາຍໃນ 4.34 ມມແລະຄວາມສູງ 1.57 ມມ) ສໍາລັບການວັດແທກໄຟຟ້າໂດຍກົງພາຍໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍ N2 ທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຄວບຄຸມ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ວົງແຫວນທີ່ມີ SCE ໄດ້ຖືກ sandwiched ລະຫວ່າງສອງແຜ່ນ SS (ຫນາ 0.2 ມມ; MTI).ການວັດແທກ impedance ແມ່ນເຮັດໄດ້ໂດຍໃຊ້ PGSTAT302 (Metrohm) ທີ່ມີຄວາມກວ້າງ AC ຂອງ 5 mV ແລະຄວາມຖີ່ຕັ້ງແຕ່ 1 MHz ຫາ 1 Hz ຄວບຄຸມຜ່ານຊອບແວ Nova.ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ໃນແຕ່ລະຄ່າ RH% ເປັນເວລາ 48 ຊົ່ວໂມງກ່ອນທີ່ຈະຕິດຕາມການ conductivity ຈົນກ່ວາສະຖຽນລະພາບ.ການນໍາທາງ ionic ສະຖຽນລະພາບສໍາລັບຄ່າ RH% (σi) ໄດ້ຖືກກໍານົດຈາກການຂັດຂວາງຄວາມຖີ່ສູງກັບແກນທີ່ແທ້ຈິງໃນດິນຕອນ Nyquist.

ການວັດແທກທາງເຄມີທັງໝົດ ແລະການກະກຽມຕົວຢ່າງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງແມ່ນເຮັດຢູ່ໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍ argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ແລະ H2O ລະດັບ) ທີ່ອຸທິດຕົນເພື່ອຄຸນລັກສະນະທາງເຄມີ.

morphology ຂອງເມັດທີ່ມີແລະບໍ່ມີ Li[BMP][TFSI] ILE ໄດ້ຖືກກວດສອບກັບ SEM ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງມື Thermo Fisher Scientific Apreo ທີ່ 1.5 ຫາ 2.0 kV, ເຊິ່ງດໍາເນີນການໃນໂຫມດການຈັບພາບຄູ່ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບ T1 ແລະ T2 ໃນຂະຫນານ. ການປັບຮູບພາບສົດ, ແລະເຄື່ອງກວດຈັບ T2 ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການບັນທຶກຮູບພາບ SEM ທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນ;ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກສ້ອມແຊມໃສ່ tape conductive ກາກບອນ.TEM ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ Tecnai ປະຕິບັດງານຢູ່ທີ່ 300 kV.

ILE ໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກຈາກເມັດ SCE ໃນສອງວິທີທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.ທາງ​ເລືອກ​ໜຶ່ງ​ທີ່​ຈະ​ໄດ້​ເອົາ​ຊິລິ​ກາ​ທີ່​ມີ​ຮູ​ຂຸມ​ຂົນ​ນັ້ນ​ແມ່ນ​ເຮັດ​ໄດ້​ໂດຍ​ການ​ແຊ່ SCE ໃນ​ອາ​ເຊ​ໂທນ​ເປັນ​ເວລາ 12 ຊົ່ວ​ໂມງ​ເພື່ອ​ສະກັດ Li[BMP][TFSI] ILE.rinse ນີ້ໄດ້ຖືກຊ້ໍາສາມເທື່ອ.ທາງເລືອກອື່ນແມ່ນໂດຍການແຊ່ນ້ໍາ SCE ໃນເອທານອນ.ໃນກໍລະນີນີ້, ເອທານອນໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງເປົ່າຈຸດສໍາຄັນ CO2 ທີ່ເປັນຂອງແຫຼວ.

ສອງເຄື່ອງມືທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການແຫ້ງ supercritical, ຄື, Automegasamdri-916B, Tousimis (ວິທີການ 1) ແລະເຄື່ອງມືທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ JASCO Corporation (ວິທີການ 2).ເມື່ອນໍາໃຊ້ເຄື່ອງມືທໍາອິດ, ລໍາດັບການອົບແຫ້ງເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍການຫຼຸດລົງຂອງອຸນຫະພູມລົງເຖິງ 8 ° C.ຕໍ່ມາ, CO2 ໄດ້ຖືກລ້າງຜ່ານຫ້ອງ, ເພີ່ມຄວາມກົດດັນເປັນ 5.5 MPa.ໃນຂັ້ນຕອນຕໍ່ໄປນີ້, CO2 ໄດ້ຖືກໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 41 ° C, ເພີ່ມຄວາມກົດດັນເປັນ 10 MPa, ແລະເກັບຮັກສາໄວ້ເປັນເວລາ 5 ນາທີ.ເພື່ອສະຫຼຸບ, ໃນຂັ້ນຕອນເລືອດອອກ, ຄວາມກົດດັນໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງໃນໄລຍະເວລາ 10 ນາທີ.ເມື່ອນໍາໃຊ້ເຄື່ອງມືທີ່ສ້າງຂຶ້ນເອງ, ລໍາດັບທີ່ຄ້າຍຄືກັນໄດ້ຖືກປະຕິບັດຕາມ.ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໄລຍະເວລາແລະຄວາມກົດດັນແຕກຕ່າງກັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.ຫຼັງ​ຈາກ​ຂັ້ນ​ຕອນ​ການ​ຊໍາ​ລະ​ລ້າງ​, ຄວາມ​ກົດ​ດັນ​ໄດ້​ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​ເປັນ 12 MPa ຢູ່​ທີ່​ອຸນ​ຫະ​ພູມ 70 ° C ແລະ​ຍັງ​ຄົງ​ເປັນ​ດັ່ງ​ນັ້ນ​ສໍາ​ລັບ​ການ 5 ຫາ 6 ຊົ່ວ​ໂມງ​.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຄວາມກົດດັນໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງໃນໄລຍະເວລາຈາກ 12 ຫາ 7 MPa, 7 ຫາ 3 MPa, ແລະ 3 ຫາ 0 MPa ໃນໄລຍະເວລາຂອງ 10, 60, ແລະ 10 ນາທີ, ຕາມລໍາດັບ.

isotherms physisorption ໄນໂຕຣເຈນໄດ້ຖືກວັດແທກທີ່ T = 77 K ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວິເຄາະລັກສະນະດ້ານຂອງ Micromeritics 3Flex.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຊິລິກາທີ່ມີຮູຂຸມຂົນໄດ້ຮັບນັ້ນຖືກລະບາຍອອກເປັນເວລາ 8 ຊົ່ວໂມງຢູ່ທີ່ 100 ອົງສາ C ພາຍໃຕ້ສູນຍາກາດ 0.1-mbar.ຊິລິກາທີ່ມີຮູຂຸມຂົນທີ່ໄດ້ມາຈາກການອົບແຫ້ງແບບ supercritical ໄດ້ຖືກລະບາຍອອກເປັນເວລາ 18 ຊົ່ວໂມງທີ່ອຸນຫະພູມ 120 ອົງສາ ພາຍໃຕ້ສູນຍາກາດ 0.1 mbar.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, isotherms physissorption ໄນໂຕຣເຈນໄດ້ຖືກວັດແທກທີ່ T = 77 K ໂດຍໃຊ້ Micromeritics TriStar 3000 ເຄື່ອງວິເຄາະການດູດຊຶມອາຍແກັສອັດຕະໂນມັດ.

ການວັດແທກ PFG-NMR ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ JEOL JNM-ECX400.ລຳດັບກຳມະຈອນຂອງແອັກໂກ້ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການວັດແທກການແຜ່ກະຈາຍ.ການຫຼຸດສັນຍານສຽງສະທ້ອນແບບປົກກະຕິ, E, ຖືກອະທິບາຍໄວ້ໃນສົມຜົນ (38)E = exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) ເຊິ່ງ g ແມ່ນຄວາມແຮງຂອງກຳມະຈອນການຂັບໄລ່, δ ແມ່ນໄລຍະເວລາຂອງ gradient. ກໍາມະຈອນ, ∆ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງແຂບຊັ້ນນໍາຂອງ gradient pulses, γແມ່ນອັດຕາສ່ວນ magnetogyric, ແລະ D ແມ່ນຕົວຄູນການແຜ່ກະຈາຍຕົນເອງຂອງໂມເລກຸນ.ຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍດ້ວຍຕົນເອງໄດ້ຖືກຄາດຄະເນໂດຍການສອດຄ່ອງກັບສັນຍານ echo ທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍການປ່ຽນ ∆ ກັບ Eq.1. 7Li ຖືກເລືອກເພື່ອກໍານົດຄ່າສໍາປະສິດການແຜ່ກະຈາຍຂອງ lithium ion.ການວັດແທກທັງຫມົດແມ່ນເຮັດຢູ່ທີ່ 30 ° C.

ການຕັ້ງຄ່າ Raman spectroscopy ແມ່ນລະບົບທີ່ເຮັດເອງໂດຍໃຊ້ argon ion ທີ່ສາມາດຖືກປັບເປັນແສງເລເຊີ 458-nm ທີ່ສົມທົບກັບກ້ອງຈຸລະທັດ Olympus IX71 ປີ້ນກັບກັນ, ແລະແສງກະແຈກກະຈາຍກັບຄືນໄປບ່ອນແມ່ນຜ່ານການຕິດຕັ້ງ TriVista triple spectrometer (Princeton Instruments ), ເຊິ່ງໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກະແຈກກະຈາຍສັນຍານ optical ທີ່ກວດພົບໂດຍໃຊ້ກ້ອງຖ່າຍຮູບອຸປະກອນການສາກໄຟທີ່ເຮັດດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນທີ່ເຢັນດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນ.ເນື່ອງຈາກການດູດຊຶມ optical ສູງຢູ່ທີ່ຄວາມຍາວຂອງຄື້ນເຫຼົ່ານີ້, ພະລັງງານເລເຊີທີ່ຂ້ອນຂ້າງຕໍ່າໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການຄວາມຮ້ອນຂອງເລເຊີ (<100 W·cm−2).

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບເລຂາຄະນິດຂອງພື້ນດິນ DFT ແລະການຄິດໄລ່ຄວາມຖີ່ການວິເຄາະໄດ້ໃຊ້ B3LYP hybrid functional ແລະພື້ນຖານ 6-311++G**, ດ້ວຍການແກ້ໄຂການກະແຈກກະຈາຍຂອງອະຕອມຂອງ Grimme (39) ກັບ Becke-Johnson damping scheme (D3BJ), as ປະຕິບັດໃນ ORCA 3.0.3 (40).Raman spectra ໄດ້ຖືກຈໍາລອງໂດຍໃຊ້ ORCA, ແລະການເບິ່ງເຫັນຂອງຄຸນສົມບັດໂມເລກຸນແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍໃຊ້ຊຸດຊອບແວ Avogadro (41) ດ້ວຍການອັບເດດທີ່ສະຫນັບສະຫນູນ ORCA.

ການວັດແທກທາງເຄມີທັງໝົດ ແລະການກະກຽມຕົວຢ່າງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງແມ່ນເຮັດຢູ່ໃນກ່ອງຖົງມືທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍ argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ແລະ H2O ລະດັບ) ທີ່ອຸທິດຕົນເພື່ອຄຸນລັກສະນະທາງເຄມີ.ເມັດ SCE ໄດ້ຖືກວາງຢູ່ເທິງໂບ Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) ສະຫນັບສະຫນູນໃນແຜ່ນທອງແດງເປັນ counter electrode ແລະສອງ punched ອອກ Li disks (ເສັ້ນຜ່າກາງ 5-mm) ໄດ້ຖືກວາງໄວ້ເທິງຂອງເມັດ SCE ສໍາລັບການອ້າງອິງແລະການເຮັດວຽກ. electrodes.ການຕັ້ງຄ່າແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ.S7.pins ຄໍາໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການຕິດຕໍ່ການອ້າງອິງ lithium ແລະ electrodes ເຮັດວຽກ.ການວັດແທກ voltammetry ຮອບວຽນແລະການວັດແທກ impedance ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ PGSTAT302 (Metrohm) ຄວບຄຸມໂດຍຜ່ານຊອບແວ Nova.voltammetry ຮອບວຽນແມ່ນເຮັດດ້ວຍອັດຕາການສະແກນ 20 mV/s.ການວັດແທກ impedance ແມ່ນເຮັດດ້ວຍຄວາມກວ້າງຂອງ AC ຂອງ 5 mV ແລະຄວາມຖີ່ຕັ້ງແຕ່ 1 MHz ຫາ 0.1 Hz.

ອິເລັກໂທຣດຟິມບາງໆ 40-nm anatase TiO2 ໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ໂດຍການວາງຊັ້ນປະລໍາມະນູ (ALD) ເທິງແຜ່ນ silicon wafer 300-mm ທີ່ມີ underlayer TiN 40-nm ທີ່ຝາກໄວ້ໂດຍ ALD.ມັນເປັນ electrode ການທົດສອບທີ່ດີເລີດສໍາລັບການສາທິດຂອງ Li-ion conductivity ຜ່ານ electrolytes ໄດ້, ຍ້ອນວ່າ TiO2 ບໍ່ທົນທຸກຈາກການເຊື່ອມໂຊມຂອງສານເຄມີຫຼືຄວາມກົດດັນກົນຈັກ (ບໍ່ມີການປ່ຽນແປງປະລິມານທີ່ສໍາຄັນ) ໃນລະຫວ່າງການຂີ່ລົດຖີບ.ເພື່ອວັດແທກເຊນ Li/SCE/TiO2, ILE-SCEs ໄດ້ຖືກຕື່ມໃສ່ໃນວົງແຫວນ PTFE ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງ 4.3 ມມ ແລະຄວາມຫນາ 0.15 ຊຕມ;ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແຫວນໄດ້ຖືກ sandwiched ລະຫວ່າງ foil Li ແລະຮູບເງົາ TiO2.

Nano-SCE/thin-film stacks half stacks, with the LMO electrode, were fabricated by synthesizing the nano-SCE film on the electrodes.ຈໍານວນທັງຫມົດ 150 μlຂອງ x = 1.5 ການແກ້ໄຂ, ອາຍຸສໍາລັບ 2 ມື້, ໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງ-casted ໃນວົງແກ້ວ (ເສັ້ນຜ່າກາງ, 1.3 ມມ) mounted ກັບຮູບເງົາ electrolyte ໄດ້.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ວົງແຫວນໄດ້ຖືກປະທັບຕາດ້ວຍ parafilm, ແລະການແກ້ໄຂໄດ້ຖືກເກັບຮັກສາໄວ້ໃນຖັງທີ່ຜະນຶກເຂົ້າກັນເປັນ gel ສໍາລັບ 4 ມື້.ແຜ່ນເຈວ / ອິເລັກໂທຣດທີ່ສ້າງຂຶ້ນນັ້ນຖືກຕາກໃຫ້ແຫ້ງເພື່ອສ້າງເປັນ stacks nano-SCE/ electrode.ຄວາມຫນາຂອງ nano-SCE, ກໍານົດໂດຍໃຊ້ micrometer, ແມ່ນ 300 μm.ສຸດທ້າຍ, ແຜ່ນ lithium (1.75 ມມ, ຫນາ 99,9%, Sigma-Aldrich) ໄດ້ຖືກກົດດັນໃສ່ stack nano-SCE / electrode ເປັນ anode.ອິເລັກໂທຣດຟິມບາງໆ 100-nm LiMn2O4 (LMO) ໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ໂດຍການຖ່າຍທອດຄວາມຖີ່ວິທະຍຸພາຍໃຕ້ການໄຫຼ Ar ເທິງແຜ່ນ silicon wafer ທີ່ເຄືອບດ້ວຍຊັ້ນໃຕ້ດິນ 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD).ກອງນີ້ຖືກອົບເປັນເວລາ 20 ນາທີທີ່ອຸນຫະພູມ 800 ອົງສາ C ໃນບັນຍາກາດອົກຊີ.

ຮູບເງົາ electrode LiFePO4 (LFP) ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍການເຄືອບແຜ່ນໃບ.ທໍາອິດ, ກາກບອນສີດໍາແລະ LFP (2 ຫາ 3 μm) ໄດ້ຖືກເພີ່ມເຂົ້າໃນການແກ້ໄຂທີ່ມີນ້ໍາທີ່ມີ carboxymethylcellulose (CMC) ເພື່ອສ້າງເປັນສ່ວນປະສົມທີ່ຫຼັງຈາກນັ້ນເຮັດໃຫ້ homogenized ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງປະສົມດາວເຄາະ.ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຜະລິດຕະພັນ homogenized ໄດ້ຖືກປະສົມກັບນ້ໍາ deionized ແລະ fluorinated acrylic latex (JSR, TRD202A) ໃນ mixer ສູນຍາກາດເພື່ອສ້າງເປັນ slurry ສໍາລັບການເຄືອບ electrode.slurry ການກະກຽມໄດ້ຖືກໂຍນໃສ່ແຜ່ນອາລູມິນຽມເພື່ອຝາກຮູບເງົາ electrode ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງເຄືອບໃບ.electrodes ປຽກທີ່ເຄືອບເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກນໍາໄປຕາກແຫ້ງທັນທີໃນເຕົາອົບບັນຍາກາດທີ່ມີອາກາດຄົງທີ່ຢູ່ທີ່ 70 ° C ເປັນເວລາ 10 ນາທີແລະຖືກຕາກແຫ້ງຕື່ມອີກຢູ່ທີ່ 140 ° C ເປັນເວລາ 4 ຊົ່ວໂມງໃນເຕົາອົບສູນຍາກາດ.ຮູບເງົາ electrode ແຫ້ງປະກອບດ້ວຍ 91 wt % LiFePO4, 3 wt % carbon black, 2 wt % CMC, ແລະ 4 wt % TRD202A.ຄວາມຫນາຂອງຮູບເງົາແມ່ນ 30 μm (ກໍານົດໂດຍໃຊ້ micrometer ແລະກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກສະແກນ).

ຮູບເງົາ electrode Li4Ti5O12 (LTO) ໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນເທິງແຜ່ນທອງແດງໃນແບບດຽວກັນ.ອົງປະກອບຂອງ electrodes ແຫ້ງແມ່ນ 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % carbon black, 5 wt % CMC, ແລະ 5 wt % fluorinated acrylic latex (TRD2001A).ຄວາມຫນາຂອງຮູບເງົາແມ່ນ 40 μm.

ການແກ້ໄຂຂອງ SCE ໄດ້ຖືກໂຍນລົງໃສ່ຮູບເງົາ electrode ທີ່ອີງໃສ່ອະນຸພາກ LFP ແລະ LTO.ຫນ້າທໍາອິດ, 100 μlຂອງ x = 1.5 ການແກ້ໄຂ, ອາຍຸສໍາລັບ 2 ມື້, ໄດ້ຖືກຖິ້ມລົງໃນຮູບເງົາ electrode, ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂອງ 15 ມມ, ວາງໄວ້ໃນຫ້ອງ coin (#2032, MTI).ຫຼັງຈາກ SCE impregnated ໄດ້ gelled, ຮູບເງົາໄດ້ຖືກຕາກໃຫ້ແຫ້ງຢູ່ທີ່ 25 ° C ສໍາລັບ 72 ຊົ່ວໂມງໃນເຕົາອົບສູນຍາກາດ (<5 × 10−2 mbar) ເພື່ອເຮັດໃຫ້ nano-SCE ແລະ stack electrode.ຄວາມຫນາຂອງ nano-SCE ແມ່ນ 380 μm.ສຸດທ້າຍ, ແຜ່ນ lithium ໄດ້ຖືກກົດດັນໃສ່ SCE/electrode stacks ເປັນ anode, ແລະຈຸລັງຫຼຽນໄດ້ຖືກຜະນຶກເຂົ້າກັນ.ການວັດແທກທາງເຄມີແມ່ນເຮັດໂດຍໃຊ້ Solartron 1470E potentiostat ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ.

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

ຕາຕະລາງ S1.ຄຸນສົມບັດໂຄງສ້າງຂອງ silica matrix ໃນ nano-SCE ສໍາລັບການເພີ່ມສ່ວນ molar ຂອງແຫຼວ ionic ກັບ silica (x value) ກໍານົດຈາກການດູດຊຶມ / ການດູດຊຶມ N2 ຫຼືການວັດແທກ BET ແລະການສັງເກດ TEM.

ນີ້ແມ່ນບົດຄວາມທີ່ເປີດໃຫ້ເຂົ້າເຖິງທີ່ແຈກຢາຍພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຂອງໃບອະນຸຍາດ Creative Commons Attribution-NonCommercial, ເຊິ່ງອະນຸຍາດໃຫ້ນໍາໃຊ້, ການແຈກຢາຍ, ແລະການແຜ່ພັນໃນສື່ຕ່າງໆ, ຕາບໃດທີ່ການນໍາໃຊ້ຜົນໄດ້ຮັບບໍ່ແມ່ນເພື່ອປະໂຫຍດທາງການຄ້າແລະໃຫ້ການເຮັດວຽກຕົ້ນສະບັບຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ອ້າງເຖິງ.

ໝາຍເຫດ: ພວກເຮົາຂໍພຽງແຕ່ທີ່ຢູ່ອີເມວຂອງເຈົ້າເພື່ອໃຫ້ຜູ້ທີ່ເຈົ້າແນະນຳໜ້ານັ້ນຮູ້ວ່າເຈົ້າຕ້ອງການໃຫ້ພວກເຂົາເຫັນມັນ, ແລະມັນບໍ່ແມ່ນອີເມວຂີ້ເຫຍື້ອ.ພວກເຮົາບໍ່ໄດ້ບັນທຶກທີ່ຢູ່ອີເມວໃດໆ.

ຄໍາຖາມນີ້ແມ່ນເພື່ອທົດສອບວ່າທ່ານເປັນນັກທ່ອງທ່ຽວຂອງມະນຸດຫຼືບໍ່ແລະເພື່ອປ້ອງກັນການສົ່ງ spam ອັດຕະໂນມັດ.

ໂດຍ 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 Mécke

ໂດຍ 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 Mécke

© 2020 ສະມາຄົມອາເມລິກາເພື່ອຄວາມກ້າວໜ້າຂອງວິທະຍາສາດ.ສະຫງວນລິຂະສິດທັງໝົດ.AAAS ເປັນຄູ່ຮ່ວມງານຂອງ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ແລະ COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.