സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലി-അയൺ ബാറ്ററികളിലേക്കുള്ള മാറ്റം 1000 W·hour/ലിറ്ററും അതിനുമപ്പുറവും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയിലേക്ക് പുരോഗതി പ്രാപ്തമാക്കും.അസ്ഥിരമല്ലാത്ത അയോണിക് ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫില്ലറുകൾ നിറഞ്ഞ ഒരു മെസോപോറസ് ഓക്സൈഡ് മാട്രിക്സിൻ്റെ സംയുക്തങ്ങൾ ഒരു സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഓപ്ഷനായി പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.എന്നിരുന്നാലും, നാനോമീറ്റർ വലിപ്പമുള്ള സുഷിരങ്ങൾക്കുള്ളിലെ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ലായനികളുടെ ലളിതമായ പരിമിതി വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അയോൺ ചാലകത കുറയുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു.അയോണിക് ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഫില്ലറുള്ള മെസോപോറസ് സിലിക്ക മോണോലിത്ത് അടങ്ങിയ നാനോകോംപോസിറ്റുകളുടെ ലി-അയൺ ചാലകത ഒരു ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ഐസ് പാളി അവതരിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ ശുദ്ധമായ അയോണിക് ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനേക്കാൾ പലമടങ്ങ് കൂടുതലാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ ഇവിടെ തെളിയിക്കുന്നു.അയോണിക് ദ്രവ തന്മാത്രകളുടെ ശക്തമായ ആഗിരണവും ക്രമവും അവയെ ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ഐസ് പാളിയെപ്പോലെ ചലനരഹിതവും ഖരരൂപത്തിലുള്ളതുമാക്കുന്നു.അഡ്‌സോർബേറ്റ് മെസോഫേസ് പാളിക്ക് മുകളിലുള്ള ദ്വിധ്രുവം മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ചാലകതയ്‌ക്കായി Li+ അയോണുകൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു.വ്യത്യസ്ത അയോൺ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ അയോൺ കണ്ടക്ഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തലിൻ്റെ പ്രദർശിപ്പിച്ച തത്വം പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

നിലവിൽ ലഭ്യമായ കാഥോഡ്, ആനോഡ് കെമിസ്ട്രികളിൽ ചുമത്തിയിരിക്കുന്ന 800 W·hour/liter അല്ലെങ്കിൽ 300 W·hour/kg എന്ന പ്രായോഗിക പരിധി കവിയാൻ ലി-അയൺ ബാറ്ററികൾക്ക് സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ അടുത്ത ബൂസ്റ്റ് നൽകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികൾക്കുള്ള ഊർജ സാന്ദ്രതയിൽ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന വർദ്ധനവ് നിരവധി സംഭാവനകളിൽ നിന്നാണ് വരുന്നത്, എല്ലാം സെല്ലിലെ സജീവ വസ്തുക്കളുടെ അളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ലക്ഷ്യമിടുന്നു.ഗ്രാഫൈറ്റിനും ഗ്രാഫൈറ്റ്/സിലിക്കണിനും പകരം ആനോഡായി ലിഥിയം ലോഹം കൊണ്ടുവന്നതാണ് ഏറ്റവും പ്രചാരം നേടിയത്.ശുദ്ധമായ ലിഥിയം ലോഹത്തിന് സാധ്യമായ ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുണ്ട്, അതിനാൽ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ സ്ഥലം ആവശ്യമാണ്.എന്നിരുന്നാലും, ലിഥിയം ലോഹത്തിൻ്റെ മാറ്റാനാകാത്ത പ്രതിപ്രവർത്തനം (അതുവഴി ഉപഭോഗം), ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപീകരണം, പോറസ് ഗ്രാഫൈറ്റ് (സിലിക്കൺ) ഇലക്‌ട്രോഡുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ പ്ലാനർ ലിഥിയം ഫോയിലുകൾക്ക് ഫലപ്രദമായ വൈദ്യുത സാന്ദ്രതയിലെ വർദ്ധനവ് തുടങ്ങി നിരവധി പ്രശ്നങ്ങൾ ഇനിയും പരിഹരിക്കേണ്ടതുണ്ട്. പക്ഷേ, ഡിസ്ചാർജ് സമയത്ത് ലിഥിയം "അപ്രത്യക്ഷമാവുകയും" അങ്ങനെ സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുമായുള്ള ബന്ധം നഷ്ടപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.സെറാമിക് സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളുടെ യാന്ത്രികമായി കർക്കശമായ സ്വഭാവത്തിന് തീർച്ചയായും പൂജ്യം പാലിക്കൽ ഇല്ല, കൂടാതെ സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഘടകത്തിനെതിരെ ലിഥിയം ദൃഢമായി അമർത്താൻ തീവ്രമായ സമ്മർദ്ദം പ്രയോഗിക്കേണ്ടതുണ്ട്.വ്യതിരിക്തമായ പ്രഷർ പോയിൻ്റുകൾ ഫലപ്രദമായ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കൂടുതൽ കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് പ്രാദേശിക ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപീകരണത്തിനും സ്പോഞ്ചി നിക്ഷേപത്തിനും കാരണമാകുന്നു.പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ കൂടുതൽ യാന്ത്രികമായി അനുസരണമുള്ളവയാണ്, എന്നാൽ ഊഷ്മാവിൽ മതിയായ അയോണിക് ചാലകത ഇതുവരെ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നില്ല.ഇക്കാര്യത്തിൽ വളരെ രസകരമായ പുതിയ സാമഗ്രികൾ സിലിക്ക ജെൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളാണ്, അവയെ "അയണോജൽസ്" എന്നും വിളിക്കുന്നു, അവിടെ ഒരു അയോണിക് ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് (ILE) ഒരു നാനോപോറസ് സിലിക്ക മാട്രിക്സിൽ (1) പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.സിലിക്ക മാട്രിക്സിൻ്റെ (70 മുതൽ 90% വരെ) വളരെ ഉയർന്ന സുഷിരം ഈ നാനോകോംപോസിറ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് ജെൽ പോലെയുള്ള സ്ഥിരത നൽകുന്നു, അങ്ങനെ അവയെ പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്ക് സമാനമായി യാന്ത്രികമായി പൊരുത്തപ്പെടുത്തുന്നു.ഈ സിലിക്ക ജെല്ലുകൾ ചിലപ്പോൾ ഹൈബ്രിഡ് സോളിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകളായി സൂചിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, കാരണം അവയിൽ ഒരു ദ്രാവകം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, ഈ പേപ്പറിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സിലിക്ക നാനോകംപോസിറ്റുകളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, അയോണിക് “ദ്രാവക” ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധനയിലൂടെയും സിലിക്ക ഭിത്തിയിലെ അഡ്‌സോർപ്‌ഷനിലൂടെയും പതിനായിരക്കണക്കിന് നാനോമീറ്റർ വലുപ്പമുള്ള ചാനലുകളിൽ ഒതുങ്ങുമ്പോൾ ഖരരൂപത്തിലാകുന്നു. ചാനൽ.സിലിക്ക മാട്രിക്സ് കേവലം ഒരു പോറസ് സെപ്പറേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കുമെങ്കിൽ, ലിക്വിഡ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ വിസ്കോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുന്നത് അയോണിക് ചാലകത കുറയുന്നതിന് ഇടയാക്കും.പകരം, ILE തന്മാത്രകളും സിലിക്ക പോർ മതിലും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം നാനോകോംപോസിറ്റിൻ്റെ ഗുണങ്ങളെ അതിൻ്റെ വ്യക്തിഗത ഘടകങ്ങളുടെ ആകെത്തുകയിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാക്കുന്നു.കുറച്ച് നാനോമീറ്റർ വരെ കട്ടിയുള്ള സോളിഡ് മെസോഫേസ് പാളികൾ രൂപപ്പെടുന്ന ഓക്സൈഡുകളിലെ അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങളുടെ അഡോർപ്ഷൻ പ്ലാനർ പ്രതലങ്ങളിൽ ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (2) ഉപയോഗിച്ച് കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.ഓക്സൈഡ് പ്രതലങ്ങളിലെ അയോണിക് ലിക്വിഡ് അയോണുകളുടെയും കാറ്റേഷനുകളുടെയും സെലക്ടീവ് അഡോർപ്ഷൻ ഈ ഇൻ്റർഫേസുകളിൽ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ Li+ ചാലകതയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം.തീർച്ചയായും, ഓക്സൈഡ് ഇൻ്റർഫേസുകളുമായുള്ള മെച്ചപ്പെടുത്തൽ സുഷിരങ്ങളുടെ കാമ്പിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന ILE വഴി കുറഞ്ഞ ചാലകതയ്ക്ക് നഷ്ടപരിഹാരം നൽകണം അല്ലെങ്കിൽ അതിലും കൂടുതലാണ്.അതിനാൽ, ചെറിയ സുഷിര വലുപ്പവും ഉയർന്ന ഉപരിതല-വോളിയം അനുപാതവും ആവശ്യമാണ്.ഇതുവരെ, ഐഎൽഇയുടെ തന്നെ അയോൺ ചാലകതകളുള്ള അയണോജലുകൾ മെസോപോറസ് ഘടനയുടെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ വഴി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് (3).ഇതിനർത്ഥം ഇൻ്റർഫേസ് മെച്ചപ്പെടുത്തൽ ഇതിനകം നിലവിലുണ്ടായിരുന്നുവെങ്കിലും ബൾക്ക് കണ്ടക്ടിവിറ്റി കവിയുന്ന പരിധിയിലല്ല എന്നാണ്.

ഓക്സൈഡ് മാട്രിക്സിൻ്റെ (4, 5) സമന്വയത്തിനായി ഒരു സോൾ-ജെൽ മുൻഗാമി ലായനിയിൽ ഒരു ഐഎൽഇ ചേർക്കുന്നത് ഒരു ഏകീകൃത ദ്രാവക മിശ്രിതത്തിൽ നിന്നാണ് അയണോജലുകളുടെ തയ്യാറെടുപ്പ് ആരംഭിക്കുന്നത്.ഈ രീതിയിൽ, ഐഎൽഇയും മാട്രിക്‌സും “ഇൻ സിറ്റു” രീതിയിൽ ഒരു സംയോജനം ഉണ്ടാക്കുന്നു: ലായനിയിലെ മുൻഗാമികൾ പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് അയോണിക് ലിക്വിഡ് ടെംപ്ലേറ്റിന് ചുറ്റും ഒരു ഓക്സൈഡ് മാട്രിക്സ് രൂപപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് പ്രക്രിയയിൽ അത് ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.ചില സിന്തസിസ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ, തയ്യാറാക്കിയ ILE-SCE (സോളിഡ് കോമ്പോസിറ്റ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ്) തുടർച്ചയായ മെസോപോറസ് അജൈവ ഓക്‌സൈഡ് നെറ്റ്‌വർക്കിൽ ഉൾച്ചേർത്ത ILE ഉള്ള ഒരു മോണോലിത്തിൻ്റെ രൂപത്തിൽ ആകാം.ഇതുവരെ, കൂടുതലും സിലിക്ക അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഐഎൽഇ-എസ്‌സിഇകൾ ഈ രീതിയിൽ തയ്യാറാക്കിയിട്ടുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും അലുമിന (6), ടൈറ്റാനിയ (7), ടിൻ ഓക്സൈഡ് (8) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചും ഉദാഹരണങ്ങൾ നിർമ്മിച്ചിട്ടുണ്ട്.റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട മിക്ക സോൾ-ജെൽ ഫോർമുലേഷനുകളിലും ഐഎൽഇ, ടെട്രെഥൈൽ ഓർത്തോസിലിക്കേറ്റ് (ടിഇഒഎസ്) പോലുള്ള ആൽക്കൈൽ-സിലിക്കേറ്റ് സിലിക്ക മുൻഗാമിയായി, ഫോർമിക് ആസിഡിൽ റിയാജൻ്റും ലായകവും (9, 10) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.ഈ സോൾ-ജെൽ പ്രക്രിയയ്‌ക്കായുള്ള നിർദ്ദിഷ്ട മെക്കാനിസം (11) അനുസരിച്ച്, സോൾ-ജെൽ പ്രക്രിയയിൽ ജലം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ടിഇഒഎസും ഫോർമിക് ആസിഡും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് സിലിക്ക പ്രധാനമായും ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്.ഈ ഫോർമിക് ആസിഡിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള "നോനക്വസ്" മിശ്രിതങ്ങൾ കൂടാതെ, HCl ഒരു ഉത്തേജകമായും H2O ഒരു റിയാജൻ്റായി (കൂടാതെ ഓർഗാനിക് ലായകമായും) ഉള്ള ജലീയ സോൾ-ജെൽ ഫോർമുലേഷനുകളും വിവരിച്ചിട്ടുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രത്യേക സാഹചര്യത്തിൽ ഒരു സിലിക്ക സംയുക്തത്തിൻ്റെ സമന്വയത്തിനായി അയോണിക് ദ്രാവകം മാത്രം (12-15).

സാധാരണഗതിയിൽ, ഐയോണേജുകൾ ILE റഫറൻസിനേക്കാൾ അയോൺ ചാലകത കുറവാണ് കാണിക്കുന്നത്.അയണോജലുകളുടെ ആദ്യ തലമുറയ്ക്ക് റൂം താപനില ചാലകത സാധാരണയായി ബൾക്ക് ILE മൂല്യത്തിൻ്റെ 30 മുതൽ 50% വരെ മാത്രമേ ഉണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ, എന്നിരുന്നാലും 80% വരെ എത്തുന്ന ചില ഉദാഹരണങ്ങൾ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് (9, 10, 16, 17).ILE ഉള്ളടക്കത്തിൻ്റെ ഫലവും അയണോജൽ ചാലകതയിലെ സുഷിര രൂപഘടനയും ഇതിനകം വിശദമായി അന്വേഷിച്ചിട്ടുണ്ട് (3);എന്നിരുന്നാലും, ഇൻ്റർഫേസ് മെച്ചപ്പെടുത്തൽ ഇഫക്റ്റുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ചിട്ടയായ പഠനമൊന്നും അറിയില്ല.വൂ തുടങ്ങിയവർ.(18) ബൾക്ക് ILE-യെ അപേക്ഷിച്ച് ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്‌ത ഒരു ഇൻ സിറ്റു ഫംഗ്‌ഷണലൈസ്ഡ് അയണോജെലിനെക്കുറിച്ച് അടുത്തിടെ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്‌തു.സിലിക്ക പ്രതലത്തിൽ അയോണും 3-ഗ്ലൈസിഡിലോക്സിപ്രോപൈൽ ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനമാണ് മെച്ചപ്പെടുത്തലിന് കാരണമായത്.ഉപരിതല പ്രവർത്തനക്ഷമതയ്ക്ക് ഇൻ്റർഫേസ് ചാലക പ്രമോഷൻ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന ആശയത്തെ ഈ കണ്ടെത്തൽ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.

ഈ സൃഷ്ടിയിൽ, സിലിക്കയിൽ ഒരു സോളിഡ് ഐസ് വാട്ടർ പാളിയുടെ സിറ്റു രൂപീകരണം ഞങ്ങൾ പ്രകടമാക്കുകയും ഉപരിതല ഐസ് ഫങ്ഷണൽ ലെയറും ആഡ്സോർബ്ഡ് അയോണിക് ലിക്വിഡ് മെസോഫേസ് ലെയറും തമ്മിലുള്ള വർദ്ധിച്ച ദ്വിധ്രുവ പ്രതിപ്രവർത്തനം വഴി ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ലി-അയോൺ ചാലകത്തിൻ്റെ സംവിധാനം വിശദീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.ഉയർന്ന ആന്തരിക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും ഇടതൂർന്ന ഐസ് ഫങ്ഷണൽ പാളിയും സംയോജിപ്പിച്ച്, ബൾക്ക് ഐഎൽഇ റഫറൻസിനേക്കാൾ 200% ഉയർന്ന ലി-അയോൺ ചാലകതയുള്ള സോളിഡ് നാനോകോംപോസിറ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ (നാനോ-എസ്സിഇ) നേടിയെടുത്തു.സിലിക്ക മാട്രിക്‌സിന് 90%, 1400 m2/g വരെ സുഷിരങ്ങളുടെ അളവുകളും ഉപരിതല പ്രദേശങ്ങളും ഉള്ള ഒരു യഥാർത്ഥ മോണോലിത്തിക്ക് മെസോപോറസ് ഘടന ഉണ്ടെന്ന് കാണിക്കുന്നു, അങ്ങനെ തീവ്രമായ ഉപരിതല-വോളിയം അനുപാതങ്ങൾ പ്രദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഈ ഇൻ്റർഫേസുകളിൽ ചാലക മെച്ചപ്പെടുത്തലിൻ്റെ വലിയ സംഭാവന അനുവദിക്കുന്നു.സിലിക്ക പ്രതലത്തിൻ്റെ ഒപ്‌റ്റിമൈസ് ചെയ്‌ത പ്രവർത്തനക്ഷമതയും ഉപരിതല-വോളിയം അനുപാതവും പരമാവധിയാക്കുന്നതിലൂടെ, 10 mS/cm-ൽ കൂടുതലുള്ള അയോൺ ചാലകതകളുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇ എഞ്ചിനീയറിംഗ് സാധ്യമാണ്, അതിനാൽ ഓട്ടോമോട്ടീവ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് വലിയ ശേഷിയുള്ള ബാറ്ററികൾക്ക് ഇത് വളരെ ആകർഷകമാണ്.

രാമൻ, ഫോറിയർ ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഇൻഫ്രാറെഡ് (FTIR), ന്യൂക്ലിയർ മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് (NMR) സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി എന്നിവയിൽ നിന്നുള്ള തെളിവുകളുള്ള ഒരു മെസോഫേസ് പാളിയുടെ രൂപീകരണത്തിലൂടെ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ഇൻ്റർഫേസ് ചാലകതയുടെ മെക്കാനിസത്തിലാണ് ഞങ്ങളുടെ പേപ്പറിൻ്റെ ശ്രദ്ധ.ഉയർന്ന വോൾട്ടേജിലുള്ള ഞങ്ങളുടെ നാനോ-എസ്‌സിഇ മെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഇൻ്റർഫേസ് സ്ഥിരത നേർത്ത-ഫിലിം ലിഥിയം മാംഗനീസ് ഓക്‌സൈഡ് (എൽഎംഒ) ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രകടമാക്കുന്നു.ഈ രീതിയിൽ, ഇലക്‌ട്രോഡ് സംയോജനത്തിലും സെൽ അസംബ്ലി പ്രശ്‌നങ്ങളിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നതിന് പകരം മെറ്റീരിയലിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു.അതുപോലെ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ജാലകവും ലിഥിയം മെറ്റൽ ഫോയിലുകൾക്കെതിരായ സ്ഥിരതയും പൂർണ്ണമായും സ്വഭാവ സവിശേഷതകളാണ്.ലിഥിയം അയേൺ ഫോസ്ഫേറ്റ് (LFP), ലിഥിയം ടൈറ്റനേറ്റ് (LTO) സെല്ലുകളുടെ അസംബ്ലി, റേറ്റ് പെർഫോമൻസ് ടെസ്റ്റുകളിലൂടെ ഞങ്ങളുടെ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമതയും സംയോജനവും തെളിയിക്കപ്പെടുന്നു.നമ്മുടെ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ സ്ഥിരതയും ഐസ് ജലത്തിൻ്റെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ നിഷ്‌ക്രിയത്വവും സമമിതിയായ Li-SCE-Li സെല്ലുകളുടെ ദീർഘകാല സൈക്ലിംഗിലൂടെയാണ് കാണിക്കുന്നത്.ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ, നിരക്ക് പ്രകടനം, പൂർണ്ണമായി കൂട്ടിച്ചേർത്ത സെല്ലുകളുടെ സൈക്ലിംഗ് പ്രകടനം എന്നിവ ഫോളോ-അപ്പ് പേപ്പറുകളുടെ ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമായിരിക്കും (19, 20).

ടു-ഫേസ് കോമ്പോസിറ്റ് സിസ്റ്റങ്ങളിലെ ഇൻ്റർഫേസ് അയോൺ കണ്ടക്ടിവിറ്റി പ്രൊമോഷൻ ഏകദേശം 90 വർഷമായി അറിയപ്പെടുന്നു (21).ഉദാഹരണത്തിന്, ശുദ്ധമായ ലിഥിയം ഉപ്പ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ (22) അയോൺ ചാലകതയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, സിലിക്ക അല്ലെങ്കിൽ അലുമിന പോലുള്ള മെസോപോറസ് ഓക്സൈഡ് കണങ്ങളുള്ള ലിഥിയം അയഡൈഡ് പോലെയുള്ള ലളിതമായ ലിഥിയം ഉപ്പ് സംയുക്തങ്ങൾക്ക് അയോണിക് ചാലകതയിൽ നാല് ഓർഡറുകൾ വരെ വർദ്ധനവ് കാണിക്കുന്നു.ഈ SCE-കളിലെ അയോണുകൾക്ക് ഓക്സൈഡ്/ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന ലി അയോൺ-ഡീപ്ലീറ്റഡ് (അല്ലെങ്കിൽ ഒഴിവുള്ള) ഇലക്ട്രിക്കൽ ഇരട്ട പാളിയിൽ വളരെ വേഗത്തിൽ വ്യാപിക്കാൻ കഴിയും.നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഈ ലളിതമായ രണ്ട് ഘടകങ്ങളുള്ള അജൈവ ഖര-ഖര സംയുക്തങ്ങളിൽ (1) ലഭിച്ച അയോൺ ചാലകത, Li-ion ബാറ്ററിയിലെ നിലവിലെ കളക്ടർ പ്ലേറ്റുകൾ തമ്മിലുള്ള ഏതാനും നൂറ്-മൈക്രോമീറ്റർ ദൂരം മറികടക്കാൻ ആവശ്യമായ 1-mS/cm2 പരിധി കവിഞ്ഞില്ല. .അയോണിക് ചാലകത എൻജിനീയർ ചെയ്യുന്നതിനായി ഓക്സൈഡ് മാട്രിക്സ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള വൈവിധ്യമാർന്ന ഡോപ്പിംഗ് എന്ന ആശയം പോളിമർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾക്കും (23), ILE കൾക്കും (24) പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, അവയ്ക്ക് ഉയർന്ന ആന്തരിക അയോണിക് ചാലകതയുണ്ട്.കൂടാതെ, മൂന്നാമത്തെ ഘടകത്തിൻ്റെ സമ്പന്നമായ തന്മാത്ര (സ്റ്റീരിയോ) രസതന്ത്രം അധിക അയോൺ ചാലക സംവിധാനങ്ങൾ തുറക്കുന്നു, കാരണം (ഡി) ധ്രുവീയ ലായക തന്മാത്രകൾ വൈദ്യുത ഇരട്ട പാളിയുടെ രൂപീകരണത്തിൽ പങ്കാളിയാകാം.പോളിയെത്തിലീൻ ഓക്സൈഡ് പോളിമർ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിലെ ഈതർ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ സോൾവറ്റിംഗ് പ്രവർത്തനം LiClO4-ന് ~10−6 S/cm മുതൽ LiN(SO2CF3)2-ന് ~10−5 S/cm വരെ സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് അയോൺ ചാലകത നൽകുന്നു. , അല്ലെങ്കിൽ ടൈറ്റാനിയ നാനോകണങ്ങൾക്ക് അളന്ന അയോൺ ചാലകതയിൽ (25) 10-ലധികം വർദ്ധനവ് നൽകാൻ കഴിയും, നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഇപ്പോഴും മുറിയിലെ താപനില 1 mS/cm എന്ന പരിധിക്ക് താഴെയാണ്.0.1 മുതൽ 10 mS/cm (26, 27) വരെ ഉയർന്ന അന്തർലീനമായ അയോണിക് ചാലകത ഉണ്ടായിരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ലി-സാൾട്ട് ലായനിയുടെയും ഒരു അയോണിക് ദ്രാവക ലായകത്തിൻ്റെയും മിശ്രിതങ്ങളാണ് ILE പരിഹാരങ്ങൾ.അയോൺ ചാലകത ഓക്സൈഡ് നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളുമായി കലർത്തുകയോ ജെൽ ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുക അല്ലെങ്കിൽ ഐഎൽഇയെ മെസോപോറസ് മൈക്രോപാർട്ടിക്കിളുകളിൽ ഒതുക്കി നിർത്താൻ നിരവധി ശ്രമങ്ങൾ നടത്തിയിട്ടുണ്ട് (9, 16, 28, 29).എന്നിരുന്നാലും, ഇതുവരെ, ലി-സാൾട്ട്/അയോണിക് ലിക്വിഡ്/ഓക്സൈഡ് കോമ്പോസിറ്റുകളുടെ (ഫിഗ്. എസ് 1) മൂന്ന് ഘടകങ്ങളുടെ അയോൺ ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ല.ഖര നാനോകണങ്ങളുള്ള സംയുക്തങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് മെസോപോറസ് സിലിക്ക മൈക്രോപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ ഉപയോഗം ഉയർന്ന ചാലകതയ്ക്ക് കാരണമാകുമെങ്കിലും, ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും അയോൺ ചാലക പ്രമോഷനും ബൾക്ക് ILE ചാലകത കവിയാൻ പര്യാപ്തമല്ല.

മെസോപോറസ് സിലിക്ക എന്നത് കാറ്റലിസിസിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന അറിയപ്പെടുന്ന ഒരു വസ്തുവാണ്.ഹൈഡ്രോതെർമൽ അല്ലെങ്കിൽ ലളിതമായ സോൾ-ജെൽ സിന്തസിസ് ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇത് സാധാരണയായി നിർമ്മിക്കുന്നത്.ഹൈഡ്രോതെർമൽ പ്രക്രിയകൾ സാധാരണയായി മെസോപോറസ് പൊടികളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, എന്നാൽ മുറിയിലെ താപനില സോൾ-ജെൽ പ്രക്രിയയുടെ ശ്രദ്ധാപൂർവമായ നിയന്ത്രണം കൊണ്ട്, വലിയ പോറസ് ഗ്ലാസ് മോണോലിത്തുകൾ അല്ലെങ്കിൽ എയറോജലുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നു.ടെട്രാ-ആൽക്കൈൽ ഓർത്തോസിലിക്കേറ്റുകളുടെ (30) ജലവിശ്ലേഷണത്തിലൂടെയും ഘനീഭവിക്കുന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെയുമാണ് സിലിക്ക മാട്രിക്സ് രൂപപ്പെടുന്നത്.സുഷിര ഘടനയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിൽ പ്രധാനം ടെംപ്ലേറ്റുകളുടെ ഉപയോഗമാണ്, ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു സർഫക്ടൻ്റ്-ടൈപ്പ് മൈക്കൽ, അതിന് ചുറ്റും സിലിക്ക മാട്രിക്സ് രൂപം കൊള്ളുന്നു.ഒരു അയോണിക് ദ്രാവകം ടെംപ്ലേറ്റിംഗ് തന്മാത്രയായി ചേർക്കുമ്പോൾ, ജലാംശം ഉള്ള സിലിക്ക മാട്രിക്സ് അയോണിക് ദ്രാവകവുമായി ഇടപഴകുകയും ഒരു ജെൽ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ ക്യൂർ ചെയ്ത് ഉണക്കിയ ശേഷം, അയോണിക് ദ്രാവകം സോളിഡ് നാനോപോറസ് സിലിക്ക മാട്രിക്സിനുള്ളിൽ ഒതുങ്ങുന്നു (13).ലിഥിയം ഉപ്പ് ഒരു മൂന്നാം ഘടകമായി ചേർക്കുമ്പോൾ, സിലിക്ക മാട്രിക്സിൽ ഒതുങ്ങുന്ന ഐഎൽഇ ഒരു സിലിക്ക ജെൽ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു, ഇതിനെ അയണോജെൽ (24) എന്നും വിളിക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, ഇതുവരെ, ഈ സിലിക്ക ജെൽ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകൾ ബൾക്ക് ILE യുടെ ചാലകതയെ സമീപിക്കുന്നു, എന്നാൽ അതിൽ കവിയുന്നില്ല, സിലിക്ക രാസപരമായി പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കിയ ഒരു സന്ദർഭം ഒഴികെ (ആമുഖം കാണുക) (18).

ശുദ്ധമായ ഐഎൽഇയുടെ അപ്പുറം നാനോകോംപോസിറ്റിൻ്റെ ലി-അയൺ ചാലകതയുടെ ചിട്ടയായ പ്രമോഷൻ ഞങ്ങൾ ഇവിടെ കാണിക്കുന്നു.1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) ൻ്റെ ഉദാഹരണമാണ് ഇവിടെ ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്നത്.OH- ടെർമിനേറ്റഡ് സിലിക്ക പ്രതലത്തിലെ അയോണിക് ദ്രവ തന്മാത്രകളുടെ അഡ്‌സോർപ്ഷൻ ഒരു ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ഐസ് വാട്ടർ ലെയറിൻ്റെ സാന്നിധ്യത്താൽ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുവെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു.ഐസ് വാട്ടറും TFSI− അയോണും തമ്മിലുള്ള ശക്തമായ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗ്, അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങളിൽ സ്വയമേവ രൂപപ്പെടുന്ന ഓർഡർ ഡൊമെയ്‌നുകൾക്ക് സമാനമായി, അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ തന്മാത്ര ക്രമപ്പെടുത്തലിന് കാരണമാകുന്നു (31).ബൾക്ക് ILE-ൽ ക്രമരഹിതമായി രൂപപ്പെട്ട ഡൊമെയ്‌നുകളുമായുള്ള പ്രധാന വ്യത്യാസം, ഐസ് പാളി ഒരു പ്രവർത്തന പാളിയായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അത് (i) ഓക്‌സൈഡ് പ്രതലത്തിൽ തന്മാത്രാ ക്രമം പ്രേരിപ്പിക്കുകയും (ii) സ്വതന്ത്ര ലി+ പുറത്തുവിടാൻ ദ്വിധ്രുവങ്ങളെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നതിന് മതിയായ ശക്തമായ എച്ച്-ബോണ്ടിംഗ് അവതരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതാണ്. മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ചാലകതയ്ക്കായി.സ്വതന്ത്ര Li+ സാന്ദ്രതയിലെ വർദ്ധനവിന് അടുത്തായി, adsorbed ILE ലെയറും ഐസ് വാട്ടർ ലെയറും ഉള്ള സംയുക്ത ഇൻ്റർഫേസിനൊപ്പം വ്യാപനത്തിനുള്ള സജീവമാക്കൽ ഊർജ്ജം കുറവാണെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിക്കും.

സിലിക്കയിലെ കുറച്ച്-മോണോലെയറുകൾ കട്ടിയുള്ള ഉപരിതല ജല പാളി ഒരു സോളിഡ് പോലെയുള്ള പാളിയാണ്, കാരണം ഇത് എച്ച്-ബ്രിഡ്ജുകളിലൂടെ സിലനോൾ ഗ്രൂപ്പുകളുമായി ശക്തമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഇതിനെ ഐസ് പാളി എന്നും വിളിക്കുന്നു (32).അതിൻ്റെ സാന്ദ്രതയും കനവും (മൂന്ന് മുതൽ നാല് വരെ ഏകപാളികൾ വരെ കണക്കാക്കുന്നു, ഒരു ഐസ് മോണോലേയറിന് ~0.25 nm വരെ) പരിസ്ഥിതിയിലെ ഭാഗിക ജല സമ്മർദ്ദം [ആപേക്ഷിക ആർദ്രത (RH)] ഉള്ള തെർമോഡൈനാമിക് സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ് (ചിത്രം S2).ആഡ്‌സോർബ്ഡ് അയോണിക് പാളികളുമായുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗും വർദ്ധിക്കുന്നതിനാൽ ഐസ് വാട്ടർ പാളിയുടെ കനം അനുസരിച്ച് അയോൺ ചാലകത വർദ്ധിക്കുന്നതായി ഞങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.രാസ സംയുക്തങ്ങളിലെ ക്രിസ്റ്റൽ വെള്ളത്തിന് സമാനമായി ഐസ് വാട്ടർ പാളി സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്.ഇത് വളരെ സാന്ദ്രമായ ജലീയ ഇലക്ട്രോലൈറ്റുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഉപ്പ് മിശ്രിതങ്ങളിലെ വെള്ളം എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നതിൽ നിന്ന് തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണ്, അവിടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ജാലകം ഗണ്യമായി വികസിക്കുന്നു, എന്നാൽ ഒടുവിൽ, വെള്ളം ഇപ്പോഴും ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സജീവമാണ് (33).

സാധാരണ ഫോർമിക് ആസിഡ്-കാറ്റലൈസ്ഡ് അയണോജെൽ പാചകക്കുറിപ്പുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്‌തമായി, ഞങ്ങൾ വലിയ അളവിൽ വെള്ളവും പിജിഎംഇ (1-മെത്തോക്‌സി-2-പ്രൊപ്പനോൾ) Li-TFSI ഉപ്പും BMP-TFSI അയോണിക് ലിക്വിഡും ഉള്ള ഒരു TEOS മുൻഗാമിയിൽ ചേർത്ത ഒരു നേരിയ pH 5 മിശ്രിതം ഉപയോഗിച്ചു.ഈ pH-ൽ, ജലവിശ്ലേഷണ പ്രതികരണങ്ങൾ മന്ദഗതിയിലാണ്, അതേസമയം ഘനീഭവിക്കൽ അനുകൂലമാണ് (30).ലിഥിയം ലവണത്തിൻ്റെ അഭാവത്തിൽ ലിഥിയം ലവണത്തിൻ്റെ അഭാവത്തിൽ ജീലേഷൻ നടന്നിട്ടില്ലാത്തതിനാൽ ലി അയോണുകൾ ജലവിശ്ലേഷണ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന് ഉത്തേജകമായി പ്രവർത്തിക്കുമെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു, രണ്ടിനും ഒരേ pH 5 ആയിരുന്നു. അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ മോളാർ അനുപാതം TEOS (അങ്ങനെ സിലിക്ക ഭാഗങ്ങൾ) ആണ്. x മൂല്യമായി സൂചിപ്പിക്കുകയും 0.25-നും 2-നും ഇടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുകയും ചെയ്തു. BMP-TFSI-ൻ്റെ Li-TFSI-യുടെ മോളാർ അനുപാതം 3-ൽ നിലനിർത്തി (1 M Li-ion സൊല്യൂഷനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട്).മോണോലിത്ത് ഘടനയുടെ ഘടനാപരമായ സമഗ്രത നിലനിർത്താൻ സാവധാനത്തിലുള്ള ഉണക്കൽ ആവശ്യമാണ് (സാമഗ്രികളും രീതികളും കാണുക).വാക്വം ഡ്രൈയിംഗിന് ശേഷം ലഭിച്ച ഒരു മോണോലിത്തിക്ക് പെല്ലറ്റിൻ്റെ ഫോട്ടോ ചിത്രം 1A കാണിക്കുന്നു.എഫ്‌ടിഐആർ സ്ഥിരീകരിച്ചതുപോലെ, 72 മണിക്കൂർ വാക്വം ഡ്രൈയിംഗ് എല്ലാ ഈർപ്പവും നീക്കം ചെയ്യാൻ പര്യാപ്തമായിരുന്നു, അതേസമയം എല്ലാ സ്വതന്ത്ര ജലവും നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.വാക്വം ഡ്രൈയിംഗ് സ്റ്റെപ്പിന് ശേഷമുള്ള ഏതെങ്കിലും സാമ്പിളുകളിൽ 1635 cm−1-ൽ സൗജന്യ ജലത്തിനായുള്ള വൈബ്രേഷനുകളൊന്നും കണ്ടെത്തിയില്ല (ചിത്രം 2).താരതമ്യത്തിനായി, 60% RH-ൽ N2 ഗ്ലോവ് ബോക്‌സിൽ 1 ആഴ്ച സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന നാനോ-എസ്‌സിഇ സാമ്പിളിനായുള്ള (x = 1.5) FTIR സ്പെക്‌ട്രം കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, വ്യക്തമായ ഒരു സ്വതന്ത്ര ജലനിരപ്പ് പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു.എല്ലാ സാമ്പിളുകളും, മറുവശത്ത്, സിലനോൾ ഉപരിതല പ്രവർത്തനത്തിനും (Si─OH 950 നും 980 cm−1 നും ഇടയിൽ വളയുന്നു) ഒരു അഡ്സോർബ്ഡ് ഐസ് വാട്ടർ ലെയറും (O─H ~3540 cm−1 വരെ നീളുന്നു) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. H-ബോണ്ടിംഗ് വഴിയുള്ള ─OH ഉപരിതല ഗ്രൂപ്പുകൾ (കൂടുതൽ വിശദാംശങ്ങൾ ചുവടെ).നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ (പട്ടിക എസ് 1) നിലനിർത്തിയിരിക്കുന്ന വെള്ളം അളക്കാൻ ഉണക്കൽ ഘട്ടത്തിന് മുമ്പും ശേഷവും കുപ്പികൾ തൂക്കി.പിന്നീട്, അധിക ഭാരത്തിൽ നിന്ന് ഉപരിതല-ബൗണ്ട് ഐസ് പാളികളുടെ അനുബന്ധ മോണോലെയറുകളുടെ എണ്ണം ഞങ്ങൾ കണക്കാക്കും.വാക്വം ഉണക്കിയ ഉരുളകൾ ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ [<0.1-ppm (parts per million) H2O] കൊണ്ടുവന്ന് യഥാർത്ഥ ജലത്തിൻ്റെ അളവ് നിലനിർത്താൻ അടച്ച കുപ്പികളിൽ സൂക്ഷിക്കുന്നു.കൂടുതൽ സ്വഭാവരൂപീകരണത്തിനായി പെല്ലറ്റിൽ നിന്ന് ഒരു ചെറിയ വോള്യം എടുത്തു.

(എ) കുപ്പിയിൽ സമന്വയിപ്പിച്ച രണ്ട് നാനോ-എസ്സിഇ പെല്ലറ്റുകളുടെ ചിത്രം (ഇടത്);ജെലേഷന് ശേഷം, ഒരു സുതാര്യമായ ഉരുള ലഭിക്കും.പെല്ലറ്റ് പൂർണ്ണമായും സുതാര്യമാണെന്നും അതിനാൽ ദൃശ്യപരതയ്ക്കായി നീല നിറം നൽകിയിട്ടുണ്ടെന്നും ശ്രദ്ധിക്കുക.ILE നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, വളരെ പോറസ് സിലിക്ക മാട്രിക്സിൽ (വലത്) പൊട്ടുന്ന വെളുത്ത ഉരുളകൾ അവശേഷിക്കുന്നു.(B) ILE നീക്കം ചെയ്തതിന് ശേഷവും അവശേഷിക്കുന്ന SiO2 മാട്രിക്സിൻ്റെ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (SEM) ഇമേജ് സ്കാൻ ചെയ്യുന്നു.(സി) ചില മാക്രോപോറുകളുള്ള മാട്രിക്സ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ മെസോപോറസ് സ്വഭാവം ചിത്രീകരിക്കുന്ന (ബി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ചിത്രം സൂം ചെയ്യുക.(D) ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (TEM) ചിത്രം പോറസ് മാട്രിക്സ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകളായി 7- മുതൽ 10-nm വരെ സിലിക്ക നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ സാന്ദ്രമായ പാക്കിംഗ് കാണിക്കുന്നു.(E) SiO2 (x മൂല്യം) മായി ബന്ധപ്പെട്ട് ILE യുടെ വ്യത്യസ്ത മോളാർ അനുപാതങ്ങൾക്കായി പ്ലോട്ട് ചെയ്ത മാട്രിക്സ് ഘടനയുടെ പോറോസിറ്റി.ILE, സിലിക്ക എന്നിവയുടെ വോളിയം അംശത്തിൽ നിന്ന് നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്ന സൈദ്ധാന്തിക പോറോസിറ്റി ഡാഷ്ഡ് ലൈൻ നൽകുന്നു.അസെറ്റോൺ കഴുകിയ സാമ്പിളുകൾ (കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ) വായുവിൽ ഉണക്കി, ഇത് x > 0.5 ന് ഘടനയുടെ ഭാഗിക തകർച്ച നൽകുന്നു.എത്തനോൾ-റിൻസ്ഡ് നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ (ഗ്രീൻ സർക്കിളുകൾ) സൂപ്പർക്രിട്ടിക്കൽ CO2 ഡ്രൈയിംഗ്, CO2 (ഓപ്പൺ സർക്കിൾ) ൻ്റെ അധിക സാവധാനത്തിൽ നീക്കംചെയ്യുന്നതിന് x = 2 വരെ തകർച്ച തടയുന്നു.BET, Brunauer-Emmett-Teller.ഫോട്ടോ കടപ്പാട്: ഫ്രെഡ് ലൂസൻ, imec;അകിഹിക്കോ സാഗര, പാനസോണിക്.

(എ) നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ഐആർ സ്പെക്‌ട്ര വാക്വത്തിൽ (കറുപ്പ്) ഉണക്കി, പിന്നീട് 0.0005% RH ഉള്ള ഒരു ഗ്ലൗ ബോക്‌സിൽ 9 ദിവസത്തേക്ക് (നീല) ഉണക്കി, 4 ദിവസത്തേക്ക് (ചുവപ്പ്) 60 വരെ 30% RH വരെ തുറന്നുകാട്ടുന്നു. യഥാക്രമം 8 ദിവസത്തേക്ക് (പച്ച) % RH.au, ഏകപക്ഷീയമായ യൂണിറ്റുകൾ.(B) 1.0 (നീല), 1.5 (പച്ച), 2.0 (ചുവപ്പ്), ILE റഫറൻസ് (കറുപ്പ്) എന്നിവയുടെ x മൂല്യങ്ങളുള്ള Li/SCE/TiN സ്റ്റാക്കിൻ്റെ സൈക്ലിക് വോൾട്ടമോഗ്രാമുകൾ;ഇൻസെറ്റ് ലോഗരിഥമിക് സ്കെയിലിൽ കറൻ്റ് കാണിക്കുന്നു.(C) Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 സ്റ്റാക്ക് (ചുവപ്പ്), ILE (ഡോട്ട് ബ്ലാക്ക്), ILE എന്നിവയുടെ സൈക്ലിക് വോൾട്ടമോഗ്രാമുകൾ 5 ഭാരമുള്ള % (wt %) H2O (ഡാഷ്-ഡോട്ട്ഡ് ബ്ലൂ ലൈൻ);(B), (C) എന്നിവയിൽ, H2O ഉള്ള ILE, ILE എന്നിവയുള്ള അളവുകൾ മൂന്ന് ഇലക്‌ട്രോഡ് കോൺഫിഗറേഷനിൽ TiN ഒരു വർക്കിംഗ് ഇലക്‌ട്രോഡായും Li കൗണ്ടർ, റഫറൻസ് ഇലക്‌ട്രോഡുകളായും ചെയ്തു.വാക്വം ഡ്രൈയിംഗിന് ശേഷം ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ 2 ദിവസത്തേക്ക് എസ്സിഇ ഉണക്കി.

ഞങ്ങളുടെ വാക്വം-അനീൽഡ് നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ അയോണിക് ചാലകത (σi) കണിക സംയുക്തങ്ങളുടെ (ഫിഗ്. എസ് 1) പോലെ ഐഎൽഇയുടെ (x മൂല്യം) വോളിയം അംശം കൊണ്ട് വർദ്ധിച്ചു.എന്നിരുന്നാലും, ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, അയോണിക് ചാലകത ഏറ്റവും ഉയർന്ന x മൂല്യങ്ങൾക്ക് 200% ത്തിൽ കൂടുതൽ ശുദ്ധമായ ILE- യെക്കാൾ കൂടുതലാണ് (ചിത്രം 3).കൂടാതെ, മെച്ചപ്പെടുത്തിയ അയോൺ ചാലകതയുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ താപനില ആശ്രിതത്വം ശുദ്ധമായ ഐഎൽഇയേക്കാൾ വ്യത്യസ്തമായ സ്വഭാവം കാണിച്ചു: അതേസമയം ബിഎംപി-ടിഎഫ്എസ്ഐ ഐഎൽഇയിലെ ലി-ടിഎഫ്എസ്ഐ ഉരുകലിന് ചുറ്റുമുള്ള ചാലകതയിലും സജീവമാക്കൽ എനർജിയിലും (ചരിവ്) വ്യക്തമായ മാറ്റം കാണിക്കുന്നു. 29 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലുള്ള മിശ്രിതത്തിൻ്റെ പോയിൻ്റ്, മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ചാലകതയുള്ള നാനോ-എസ്സിഇ ഇല്ല.പകരം, താപനിലയുമായി σi-യിൽ തുടർച്ചയായ വ്യതിയാനം കാണിക്കുന്നു, ഇത് മുമ്പ് തിരിച്ചറിയപ്പെടാത്ത ഒരു തരം ഘട്ടം അല്ലെങ്കിൽ മെസോഫേസ് രൂപപ്പെട്ടതായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു, അത് പിന്നീട് മെച്ചപ്പെടുത്തിയ ചാലകതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു.മാത്രമല്ല, ILE-യുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ വ്യാപനത്തിനുള്ള ചെറിയ ചരിവും കുറഞ്ഞ ആക്ടിവേഷൻ എനർജിയും വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു (ചിത്രം. S3).അയോണിക് ദ്രാവക തന്മാത്രകളും സിലിക്ക സ്കാർഫോൾഡിലെ ഖര ഐസ് പാളിയും തമ്മിലുള്ള ശക്തമായ പ്രതിപ്രവർത്തനം നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന മെസോഫേസ് സ്വഭാവത്തിന് കാരണമാകുമെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ചുവടെയുള്ള നിർദ്ദിഷ്ട മോഡലുമായി ചർച്ച ചെയ്യും.

(A) 2 (കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ), 1.75 (ഓറഞ്ച് സർക്കിളുകൾ), 1.5 (നീല ത്രികോണങ്ങൾ), 1.0 (പച്ച ത്രികോണങ്ങൾ) എന്നിവയുടെ x മൂല്യങ്ങളുള്ള ഗ്ലോവ് ബോക്സിൽ (GB) 8 ദിവസം ഉണക്കിയ നാനോ-എസ്‌സിഇകളുടെ ചാലകതയുടെ താപനില ആശ്രിതത്വം ) കൂടാതെ ILE റഫറൻസ് (തുറന്ന ചതുരങ്ങൾ).(B) നാനോ-എസ്‌സിഇകളുടെ ചാലകത അധികമായി 0 ദിവസം (പച്ച ചതുരങ്ങൾ), 10 ദിവസം (കറുത്ത ത്രികോണങ്ങൾ), 138 ദിവസം (നീല ത്രികോണങ്ങൾ) GB-യിൽ ഉണക്കി.(C) ചാലകത, 2 (കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ), 1.5 (നീല ത്രികോണങ്ങൾ), 1.0 (പച്ച ത്രികോണങ്ങൾ), 0.5 (തവിട്ട് വജ്രങ്ങൾ) എന്നിവയുടെ x മൂല്യങ്ങളുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ഉണക്കൽ സമയത്തിൻ്റെ വർഗ്ഗമൂല്യം.(D) x = 2 (കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ), 1.5 (നീല ത്രികോണങ്ങൾ), 1.0 (പച്ച ത്രികോണങ്ങൾ) എന്നിവയുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ചാലകത N2-നിറഞ്ഞ ഈർപ്പമുള്ള അറയിൽ തുറന്നിരിക്കുന്നു.

ഗ്ലോവ് ബോക്സിലെ ആർഗോൺ അന്തരീക്ഷത്തിൽ 0.1 ppm-ൽ താഴെ ജലം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഇത് 0.0005% RH, 0.01 Pa ൻ്റെ ഭാഗിക ജല സമ്മർദ്ദം അല്ലെങ്കിൽ -88 ° C മഞ്ഞു പോയിൻ്റ് എന്നിവയുമായി യോജിക്കുന്നു.സിലനോൾ-ടെർമിനേറ്റഡ് സിലിക്കയിലെ അഡ്‌സോർബ്ഡ് വാട്ടർ ലെയറുകളുടെ എണ്ണം ജലത്തിൻ്റെ ഭാഗിക മർദ്ദവുമായി സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായതിനാൽ (അത്തിപ്പഴം. എസ് 2), ഉപരിതല ജലം നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ നിന്ന് സാവധാനം വ്യാപിക്കുകയും അരികുകളിൽ ഉപമിക്കുകയും ചെയ്യും.ഗ്ലോവ് ബോക്‌സിലെ താമസ സമയത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനമായി 23 μl നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ചാലകതയിലെ മാറ്റം ചിത്രം 3 സി കാണിക്കുന്നു.ഗ്ലോവ് ബോക്സിലെ ജലത്തിൻ്റെ ഭാഗിക മർദ്ദം 0.01 Pa സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ സിലിക്ക പ്രതലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട മൂല്യത്തിൽ പൂരിതമാകുന്നതുവരെ അയോൺ ചാലകത ഉണങ്ങുമ്പോൾ കുറയുന്നു.ഗ്ലോവ് ബോക്‌സിൻ്റെ അങ്ങേയറ്റം വരണ്ട അവസ്ഥയിൽ പോലും, സിലനോളിൽ അഡ്‌സോർബ്ഡ് വെള്ളത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗിക മോണോലെയർ ഉണ്ട്, രാമൻ സ്പെക്‌ട്രോസ്കോപ്പി ഇപ്പോഴും 3524 cm−1 എന്ന സിഗ്നൽ കാണിക്കുന്നു, ഇത് സിലനോളിലെ അഡ്‌സോർബ്ഡ് വെള്ളത്തിൻ്റെ ആദ്യ മോണോലേയറിന് പ്രത്യേകമാണ്. (ചിത്രം 4 ബി).പൂരിത സാഹചര്യങ്ങളിൽ അയോൺ ചാലകത എല്ലാ സാഹചര്യങ്ങളിലും വ്യക്തിഗത ഐഎൽഇയേക്കാൾ വളരെ താഴെയാണ്.അതിനാൽ, സുഷിരത്തിൻ്റെ കാമ്പിലെ പരിമിതമായ ILE യുടെ അയോണിക് ചാലകതയിലെ നഷ്ടം നികത്താൻ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ പര്യാപ്തമല്ല.

(A) 1.5 (ചുവപ്പ്), ILE റഫറൻസ് (കറുപ്പ്), SiO2 (നീല) എന്നിവയുടെ x മൂല്യമുള്ള നാനോ-SCE യുടെ IR സ്പെക്ട്ര, O═S═O ഗ്രൂപ്പ് (1231 cm−1) ഇതിൽ ഉൾപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്ന് കാണിക്കുന്നു സിലിക്ക പ്രതലത്തിൽ OH ഗ്രൂപ്പുകളുമായുള്ള ഇടപെടൽ.(ബി) 2 (കറുപ്പ്), 1.5 (ചുവപ്പ്), 0.5 (നീല) എന്നിവയുടെ x മൂല്യങ്ങളുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ രാമൻ സ്പെക്ട്ര, സാച്ചുറേഷൻ (0.0005) സമീപമുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ പോലും സിലനോൾ-ടെർമിനേറ്റഡ് സിലിക്കയിൽ ഐസ് വാട്ടറിൻ്റെ സാന്നിധ്യം കാണിക്കുന്നു. % RH) ഒരു ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ (30 ദിവസം).(സി) നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ ലി-ടിഎഫ്എസ്ഐ വിച്ഛേദിക്കുന്ന ഇൻ്റർഫേസ് ഇൻ്ററാക്ഷനുള്ള നിർദ്ദേശിച്ച മോഡൽ, ടിഎഫ്എസ്ഐ− അയോൺ അതിൻ്റെ നെഗറ്റീവ് ചാർജിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം അഡ്‌സോർബ്ഡ് ഐസ്-ടിഎഫ്എസ്ഐ-ബിഎംപി ലെയറുമായി പങ്കിടുന്നതിനാൽനിറങ്ങൾ ധൂമ്രനൂൽ (സിലിക്കൺ), ചുവപ്പ് (ലിഥിയം), കടും മഞ്ഞ (സൾഫർ), ഓറഞ്ച് (ഓക്സിജൻ), നീല (നൈട്രജൻ), വെള്ള (ഹൈഡ്രജൻ), പച്ച (ഫ്ലൂറിൻ) എന്നിവയുള്ള വിവിധ ഘടകങ്ങളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.പർപ്പിൾ ഡാഷ്ഡ് ലൈനുകൾ TFSI അയോണിൻ്റെ O═S ഗ്രൂപ്പും ഹൈഡ്രോക്‌സിലേറ്റഡ് സിലിക്ക പ്രതലത്തിൻ്റെ OH-ഗ്രൂപ്പുകളും തമ്മിലുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.അഡ്‌സോർബഡ് ലെയറിനു മുകളിലൂടെ ദ്വിധ്രുവം സ്വതന്ത്രമാക്കിയ Li+ അയോണുകൾക്ക് തുടർന്നുള്ള മൊബൈലിലൂടെയോ ഇൻ്റർഫേസ് ലെയറുകൾക്ക് മുകളിലുള്ള അയോണിക് ദ്രാവക പാളികളിലൂടെയോ മൈഗ്രേറ്റ് ചെയ്യാം.ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകളുടെ ശക്തിയും സിലിക്കയിലെ തത്തുല്യ ചാർജും അനുസരിച്ച്, ഒന്നിലധികം അഡ്‌സോർബ്ഡ് പാളിയും രൂപപ്പെടാം.പൂർണ്ണ സ്പെക്ട്ര അത്തിപ്പഴത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.S8.

ചിത്രം 3C-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഉണക്കൽ സമയത്തിൻ്റെ വർഗ്ഗമൂലവുമായുള്ള രേഖീയ ബന്ധമാണ് രസകരമായ ഒരു നിരീക്ഷണം, ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ചാലകതയിലെ മാറ്റം സിലിക്കയിലെ ആഡ്സോർബ്ഡ് ഐസ് ജലത്തിൻ്റെ അളവിലെ മാറ്റത്തിന് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണെന്നും ഈ ഉപരിതല ജലം നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുന്നുവെന്നും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. വ്യാപനം പരിമിതമാണ്.സന്തുലിത ഐസ് പാളിയേക്കാൾ RH കുറവുള്ള തുറന്ന അന്തരീക്ഷത്തിൽ മാത്രമേ "ഉണക്കൽ" സംഭവിക്കുകയുള്ളൂ എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക.ചാലകത ശ്രദ്ധേയമായി മാറിയില്ല, ഉദാഹരണത്തിന്, താപനിലയെ ആശ്രയിച്ചുള്ള അളവുകൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അടഞ്ഞ നാണയ സെല്ലുകളിൽ.

നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ താപനില ആശ്രിതത്വം ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ ഉണങ്ങുന്നതിൻ്റെ വ്യത്യസ്ത സമയങ്ങളിൽ അളന്നു.ഉണക്കിയ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ചാലകത ഐഎൽഇയെ സമീപിക്കുമ്പോൾ, മെസോഫേസ് ചാലകതയ്‌ക്കായുള്ള തുടർച്ചയായ σi വേഴ്സസ് 1/ടി പ്രൊഫൈലുകൾ ക്രമേണ ഐഎൽഇയുടെ പ്രൊഫൈലിലേക്ക് മാറി, അതിൻ്റെ ദ്രവണാങ്കത്തിന് ചുറ്റുമുള്ള ഡ്രോപ്പ് വീണ്ടും വെളിപ്പെടുത്തുന്നു (ചിത്രം. എസ് 3).നാനോ-എസ്‌സിഇയിലെ മെസോഫേസ് സ്വഭാവത്തിന് കാരണമാകുന്ന ഐഎൽഇയുമായുള്ള ഇൻ്റർഫേസ് ഇൻ്ററാക്ഷനുള്ള പ്രവർത്തന പാളിയായി ഐസ് പാളി പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്ന അനുമാനത്തെ ഈ നിരീക്ഷണം കൂടുതൽ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.അതിനാൽ, പ്രവർത്തന പാളി നീക്കം ചെയ്യുമ്പോൾ, ILE ഒരു മെസോപോറസ് ഓക്സൈഡ് മെംബ്രണിൽ ഒതുങ്ങുന്നു.

ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്റ്റെബിലിറ്റി വിൻഡോയുടെ അളവുകൾ നാനോ-എസ്‌സിഇയിലെ ഐസ് വാട്ടർ സ്ഥിരതയുള്ളതാണെന്ന് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു, കാരണം ജലം കുറയ്ക്കുന്നതിനോ ഓക്‌സിഡൈസേഷനോ ഉള്ള കൊടുമുടികളൊന്നും നിഷ്ക്രിയ TiN ഇലക്‌ട്രോഡിലോ (ചിത്രം 2) അല്ലെങ്കിൽ TiO2 നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡിലോ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല. വെള്ളം കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രോ-കാറ്റലിസ്റ്റായി.പകരം, നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ഇലക്‌ട്രോകെമിക്കൽ സ്ഥിരത ഐഎൽഇ-യുടേതിന് സമാനമാണ്, അതിനാൽ ഇലക്‌ട്രോഡ് പൊട്ടൻഷ്യൽസ് > 4.3 വിയിൽ TFSI− ൻ്റെ ഓക്‌സിഡേഷൻ, <1 V വേഴ്സസ് Li+/Li എന്നിവയിൽ TFSI−, BMP+ എന്നിവയുടെ കുറവ് (33)താരതമ്യത്തിനായി, 5 ഭാരമുള്ള % (wt %) വെള്ളം ചേർത്ത ഒരു ILE-യ്‌ക്ക് ഒരു വോൾട്ടമോഗ്രാം കാണിക്കുന്നു (ചില നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ ഉള്ളടക്കം; പട്ടിക S1 കാണുക).ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ലി+/ലിയ്‌ക്കെതിരെ 1.5 V-ൽ അനാറ്റേസിൻ്റെ Li-intercalation കൊടുമുടിക്ക് ശേഷം വെള്ളം കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു കാഥോഡിക് ശാഖ ഉടൻ അളക്കുന്നു.

നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ തെർമൽ, (ഇലക്ട്രോ) കെമിക്കൽ സ്ഥിരത കൂടുതലും നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ഐഎൽഇ ഫില്ലർ ആണ്.തെർമോഗ്രാവിമെട്രിക് അനാലിസിസ് (TGA) SCE, ILE എന്നിവയുടെ താപ സ്ഥിരത 320 ° C വരെ കാണിച്ചു, ILE- to-silica അനുപാതം (fig. S4) പരിഗണിക്കാതെ.ഈ താപനിലയ്ക്ക് മുകളിൽ, Li-TFSI, BMP-TFSI എന്നിവ പൂർണ്ണമായും അസ്ഥിര ഘടകങ്ങളായി വിഘടിക്കുന്നു, കൂടാതെ സിലിക്ക മാട്രിക്സ് മാത്രം 450 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ തുടരും.താപ വിഘടനത്തിനുശേഷം ശേഷിക്കുന്ന പിണ്ഡത്തിൻ്റെ ശതമാനം SCE-യിലെ സിലിക്കയുടെ അംശവുമായി വളരെ നന്നായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു.

നാനോ-എസ്‌സിഇ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയിൽ (എസ്ഇഎം) വ്യക്തമായ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ കാണിച്ചില്ല, ചില സിലിക്ക പാച്ചുകളുള്ള മിനുസമാർന്ന ഉപരിതലം ഒഴികെ (ചിത്രം. എസ് 5).SCE യുടെ നിർദ്ദിഷ്ട സാന്ദ്രത ഒരു ഹീലിയം പൈക്നോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്, എല്ലാ x മൂല്യങ്ങൾക്കും ഏകദേശം 1.5 g/cm3 ആയിരുന്നു (പട്ടിക S1).ഒരു ലായകത്തിൽ ILE യുടെ മടുപ്പിക്കുന്ന എക്സ്ട്രാക്ഷൻ വഴിയാണ് പൂർണ്ണ സിലിക്ക മാട്രിക്സ് വെളിപ്പെട്ടത് (മെറ്റീരിയലുകളും രീതികളും കാണുക).CO2 ൻ്റെ നിർണായക പോയിൻ്റിൽ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം ഉണക്കുന്നതിലൂടെ, ചിത്രം 1A-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ കേടുകൂടാത്ത എയർജെൽ മോണോലിത്തുകൾ ലഭിക്കും.SEM പരിശോധന, 10- മുതൽ 30-nm വരെ സുഷിര വ്യാസമുള്ള മെസോപോറസ് സിലിക്കയുടെ ഒരു സ്കാർഫോൾഡ് കാണിക്കുന്നു, അത് 100 മുതൽ 150 nm വരെ വലിയ മാക്രോപോറുകളിൽ പൊതിഞ്ഞിരിക്കുന്നു, ചിത്രം 1 (B, C) ൽ കാണാൻ കഴിയും.ഹൈ-റെസല്യൂഷൻ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (TEM) (ചിത്രം 1D) അടുത്ത് പാക്ക് ചെയ്ത സിലിക്ക നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ അടങ്ങിയ ഒരു മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിനെ കൂടുതൽ തുറന്നുകാട്ടി.0.5 നും 1.5 നും ഇടയിലുള്ള x മൂല്യങ്ങൾക്ക് ശരാശരി കണികാ വ്യാസം 7 മുതൽ 14 nm വരെയാണ്.

നിർദ്ദിഷ്ട ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], സുഷിരം, ശരാശരി സുഷിരത്തിൻ്റെ വലിപ്പം, സുഷിരത്തിൻ്റെ വലിപ്പം വിതരണം എന്നിവ N2 അഡ്‌സോർപ്ഷൻ/ഡെസോർപ്ഷൻ അളവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർണ്ണയിച്ചു (പട്ടിക S1, ഫിഗ്. S6).ഘടനയുടെ ഭാഗിക തകർച്ചയും അഡ്‌സോർബ്ഡ് ILE യുടെ അപൂർണ്ണമായ നീക്കം ചെയ്യലും സംഖ്യകളെ ഒരു പരിധിവരെ തെറ്റായി പ്രതിനിധീകരിച്ചേക്കാം.സൂപ്പർക്രിട്ടിക്കൽ CO2 ഉപയോഗിച്ച് അയോണിക് ദ്രാവകം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം വേർതിരിച്ചെടുക്കുകയും സാവധാനത്തിൽ ഉണങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു, എന്നിരുന്നാലും, ILE യുടെ വോളിയം അംശം മുതൽ സിലിക്ക വരെ (ചിത്രം 1) കണക്കാക്കിയ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന പോറോസിറ്റിക്ക് സമീപമുള്ള വിശ്വസനീയമായ ഫലങ്ങൾ.BET ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം 800 മുതൽ 1000 m2/g വരെയാണ്.ഐസോതെർമിൻ്റെ ചരിവിൽ നിന്ന് ലഭിച്ച ശരാശരി സുഷിര വലുപ്പം 7 നും 16 nm നും ഇടയിലാണ്.കൂടാതെ, SEM നിരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് അനുസൃതമായി, ഏകദേശം 200 nm വരെയുള്ള വലിയ സുഷിരങ്ങളുടെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം അളന്നു (fig. S6).ILE വോളിയം ഫ്രാക്ഷനിൽ നിന്നും BET ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണത്തിൽ നിന്നും ലഭിച്ച ILE പാളിയുടെ ഇരട്ടി തുല്യമായ കനവുമായി സുഷിരത്തിൻ്റെ വ്യാസം നന്നായി യോജിക്കുന്നു, അതായത് മെസോപോറുകൾ പൂർണ്ണമായും ILE കൊണ്ട് നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു.

റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട BET ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം മെസോപോറുകൾക്കും മാക്രോപോറുകൾക്കും മാത്രമുള്ളതാണ്.അസെറ്റോൺ കഴുകിയ മാട്രിക്സിനായി, മൈക്രോപോറുകളും (~0.6 nm) അളന്നു.ചിത്രം 1D യുടെ TEM ഇമേജിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഘടന നിർമ്മിക്കുന്ന വ്യക്തിഗത സിലിക്ക നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾക്കിടയിൽ മൈക്രോപോറുകൾ കാണപ്പെടുന്നു.650 (x = 0.5) നും 360 m2/g (x = 1.5) നും ഇടയിലുള്ള പരമാവധി അധിക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം കണക്കാക്കുന്നു (പട്ടിക S1).

മൈക്രോപോറുകൾ, മെസോപോറുകൾ, മാക്രോപോറുകൾ എന്നിവ കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, 1400 m2/g കവിയുന്ന അങ്ങേയറ്റം ഫലപ്രദമായ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുള്ള ഉയർന്ന പോറോസിറ്റി സിലിക്ക മാട്രിക്സിൽ അഡ്സോർബ്ഡ് ഐസ് വാട്ടർ തന്മാത്രകളുള്ള സിലനോൾ ഗ്രൂപ്പുകൾക്ക് FTIR, രാമൻ സ്പെക്ട്ര എന്നിവ വ്യക്തമായ തെളിവുകൾ കാണിക്കുന്നു.x <1.75 നാനോ-എസ്‌സിഇയിലെ അധിക ജലത്തിൽ നിന്ന് പൂജ്യത്തിനും മൂന്ന് വാട്ടർ മോണോലെയറുകൾക്കും ഇടയിൽ കണക്കാക്കുന്നു.പ്ലാനർ സിലിക്കയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ഓ.എച്ച്-ടെർമിനേറ്റഡ് പ്രതലവുമായി (32) ശക്തമായ ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗ് ഉള്ളതിനാൽ ആഡ്‌സോർബ്ഡ് വെള്ളത്തിൻ്റെ ആദ്യത്തെ മൂന്ന് മോണോലെയറുകൾ ചലനരഹിതവും ഖരരൂപത്തിലുള്ളതുമായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു (ചിത്രം S2 കാണുക).ഐസ് വാട്ടർ ലെയറുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന സിലനോൾ ഹൈഡ്രജനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട O─H സ്ട്രെച്ച് FTIR സ്പെക്ട്രയിൽ 3540 cm−1 ൽ കാണപ്പെടുന്നു.എല്ലാ നാനോ-എസ്‌സിഇകളും വാക്വം ഡ്രൈയിംഗിന് ശേഷവും ഗ്ലോവ് ബോക്സിൽ കൂടുതൽ ഉണങ്ങിയതിനുശേഷവും ഐസ് വെള്ളത്തിന് 3540 സെ.മീ−1 എന്ന പ്രത്യേക കൊടുമുടി കാണിക്കുന്നു (ചിത്രം 2).0.0005% RH (ഗ്ലൗസ് ബോക്സ്) ഉള്ള സന്തുലിത നാനോ-എസ്സിഇക്ക് പോലും, രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി ഇപ്പോഴും കുറഞ്ഞത് ഒരു ഭാഗിക മോണോലെയറിൻ്റെ സാന്നിധ്യം കാണിക്കുന്നു (ചിത്രം 4B).പ്ലാനർ സിലിക്കയിലെ നാലാമത്തെ ഏകപാളി ഒരു ട്രാൻസിഷണൽ ലെയറാണെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു, അതിനർത്ഥം അത് ഇപ്പോഴും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, പക്ഷേ കുറച്ച് ചലനാത്മകത ഉണ്ടായിരിക്കും.അഞ്ചാമത്തെ പാളി മുതൽ, ജലം ചലനാത്മകവും ദ്രാവകരൂപത്തിലുള്ളതുമായി മാറുന്നു.ദ്രവജലത്തിലെ എച്ച്-ബോണ്ടിംഗിൻ്റെ അളവ് കുറവായതിനാൽ FTIR സ്പെക്ട്രത്തിൽ ഉയർന്ന തരംഗ സംഖ്യകളിൽ ദ്രാവകം പോലെയുള്ള ജലം ദൃശ്യമാകും.60% RH ലേക്ക് തുറന്നിരിക്കുന്ന നാനോ-എസ്‌സിഇക്ക്, 3540-സെ.മീ.−1പീക്ക്, അധിക വൈബ്രേഷനുകൾ അധിക തരംഗ സംഖ്യകളിലേക്ക് മാറ്റിയതായി കാണിക്കുന്നു.ഈ ആർദ്രതയിൽ സിലിക്കയിൽ ദ്രാവക ജലം ഇതുവരെ പ്രതീക്ഷിക്കാത്തതിനാൽ, സാമ്പിൾ 30% RH-ലേക്ക് തുറന്നുകാട്ടുന്ന പരീക്ഷണമാണ് ഇക്കാര്യത്തിൽ രസകരം (fig. S2).ഈ സാമ്പിളിന്, ഐസ് വെള്ളത്തിൻ്റെ 3540 cm−1 കൊടുമുടി മാത്രമാണ് FTIR-ൽ കാണുന്നത്.കൂടാതെ, 30% RH-ൽ 4 ദിവസത്തിനുശേഷവും 1635 cm−1-ൽ സൗജന്യ ജലനിരപ്പ് കണ്ടെത്തിയില്ല.വാക്വം ട്രീറ്റ്‌മെൻ്റ് വഴി നാനോ-എസ്‌സിഇ ഉണങ്ങിക്കഴിഞ്ഞാൽ ഹൈഡ്രോഫോബിക് ബിഎംപി-ടിഎഫ്എസ്ഐയിൽ അലിഞ്ഞുചേർന്ന ഹൈഗ്രോസ്കോപ്പിക് ലി-ടിഎഫ്എസ്ഐ വെള്ളം എടുക്കുന്നില്ല എന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം.അതിനാൽ, SCE-യിലെ ഏതെങ്കിലും അധിക ജലം OH- അവസാനിപ്പിച്ച സിലിക്ക പ്രതലത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടും.അതിനാൽ, പ്ലാനർ സിലിക്കയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, പരിസ്ഥിതിയിലെ ജലത്തിൻ്റെ ഭാഗിക മർദ്ദവുമായി SCE സിലിക്ക മാട്രിക്സ് സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ്.

ഈ സിദ്ധാന്തം കൂടുതൽ പരിശോധിക്കുന്നതിനായി, നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ (x = 1, 1.5, കൂടാതെ 2) അയോൺ ചാലകത വ്യത്യസ്ത% RH-ൽ അളന്നു;സാമ്പിളുകൾ ഒരു ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ ഉണങ്ങിയതും നനഞ്ഞതുമായ N2 വാതകത്തിൻ്റെ നിയന്ത്രിത മിശ്രിതത്തിലേക്ക് 2 ദിവസത്തേക്ക് തുറന്നുകാട്ടുന്നു, ഇത് ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ജലത്തിൻ്റെ കവറേജ് സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ എത്താൻ അനുവദിക്കുന്നു (ചിത്രം 3D).~0% RH-ലെ പോയിൻ്റുകൾക്ക്, ഗ്ലോവ് ബോക്സിലെ സന്തുലിത നാനോ-എസ്സിഇയുടെ ചാലകത എടുത്തു.അതിശയകരമെന്നു പറയട്ടെ, അയോൺ കണ്ടക്ടിവിറ്റിയും RH(%) പ്രൊഫൈലും പ്ലാനർ സിലിക്കയിൽ (fig. S2) ജലത്തിൻ്റെ ആഗിരണം പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന സ്വഭാവത്തെ പിന്തുടർന്നു.0 നും 30% RH നും ഇടയിൽ, RH വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ചാലകത വർദ്ധിച്ചു.ആഡ്‌സോർബ്ഡ് ഐസ് പാളിയുടെ സാന്ദ്രതയിലും കനത്തിലും വർദ്ധനവ് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത് പോലെ (പ്ലാനർ സിലിക്കയിലെ ഒന്ന് മുതൽ മൂന്ന് വരെ ഐസ് പാളികളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു).30% RH-ൽ കുറേ ദിവസത്തേക്ക് നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ സൗജന്യ ജലം ഇല്ലെന്ന് FTIR കാണിക്കുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക.പ്ലാനർ സിലിക്കയ്ക്കായി ഒരു ട്രാൻസിഷണൽ അഡ്‌സോർബ്ഡ് വാട്ടർ ലെയർ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന സാഹചര്യങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന 50% RH-ൽ ഒരു പരിവർത്തനം കാണപ്പെടുന്നു.ആത്യന്തികമായി, അയോൺ ചാലകതയിൽ വ്യതിരിക്തമായ ഒരു പടി വർദ്ധന 60% ഉം ഉയർന്ന ആർദ്രതയിലേക്കും കാണപ്പെടുന്നു, അവിടെ പ്ലാനർ സിലിക്കയുമായി സാമ്യമുള്ളതിനാൽ, ഇപ്പോൾ, സിലിക്കയ്ക്കും ഉൾച്ചേർത്ത ഐഎൽഇക്കും ഇടയിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസിൽ ദ്രാവകം പോലെയുള്ള ഒരു ജല പാളി രൂപപ്പെടാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.FTIR ഉപയോഗിച്ച്, സിലനോൾ/ഐസ്/വാട്ടർ വൈബ്രേഷനൽ പീക്ക് ഉയർന്ന ഊർജ്ജത്തിലേക്ക് മാറുന്നതിലൂടെ ഐസ് പാളിയിലെ ഒരു ദ്രാവക ജല പാളി ഇപ്പോൾ കണ്ടെത്തുന്നു (ചിത്രം 2A).ചാലകതയിലെ നിരീക്ഷിച്ച മാറ്റം പഴയപടിയാക്കാവുന്നതാണ്;അങ്ങനെ, നാനോ-എസ്‌സിഇക്ക് ഈർപ്പം സെൻസറായും ലി-അയൺ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റായും പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും.ചിത്രം 3D-യിൽ നിന്ന്, വാക്വം അനിയലിന് തൊട്ടുപിന്നാലെ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ അയോൺ ചാലകത ~10% RH ൻ്റെ സന്തുലിത ജലാംശമുള്ള സിലിക്കയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു.വരണ്ട മുറിയിൽ (~0.5% RH) സാച്ചുറേഷൻ അയോൺ ചാലകത ഏകദേശം 0.6 mS/cm ആയിരിക്കും (x = 2 ന്).ഈ പരീക്ഷണം അയോൺ ചാലകതയിൽ ഇൻ്റർഫേഷ്യൽ ജലത്തിൻ്റെ സ്വാധീനം വ്യക്തമായി കാണിക്കുന്നു.RH> 60% ന്, ഉയർന്ന അയോൺ ചാലകത ദ്രാവകം പോലെയുള്ള പാളിയിലൂടെ പരിഹരിക്കപ്പെട്ട Li+ വേഗത്തിൽ വ്യാപിക്കുന്നതിലൂടെ വിശദീകരിക്കാം.എന്നിരുന്നാലും, ഒരു സോളിഡ് ഐസ് പാളിയുടെ കാര്യത്തിൽ, Li+ അയോൺ ഡിഫ്യൂഷൻ ഒരു സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് തരം ഡിഫ്യൂഷനായിരിക്കും, അതിനാൽ അയോണിക് ദ്രാവകത്തിലൂടെയുള്ളതിനേക്കാൾ വേഗത കുറവാണ്.പകരം, ചുവടെയുള്ള മാതൃകയിൽ നിർദ്ദേശിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലി-സാൾട്ട്, അയോണിക് ദ്രാവക തന്മാത്രകളുടെ ഓർഗാനിക് അയോണുകളുടെയും കാറ്റേഷനുകളുടെയും മെച്ചപ്പെടുത്തിയ അഡ്‌സോർപ്‌ഷനാണ് മെച്ചപ്പെടുത്തലിന് കാരണം.

അയോണിക് ദ്രാവക തന്മാത്രകൾ എച്ച്-ബ്രിഡ്ജുകൾ വഴി സിലനോൾ ഗ്രൂപ്പുകളിൽ ചലനരഹിതമായ ഐസ് പാളി ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്ക പ്രതലത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു മാതൃക ഞങ്ങൾ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു (ചിത്രം 4).ഹൈഡ്രോളിസിസ് കണ്ടൻസേഷൻ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ ആന്തരിക സ്വഭാവം ഏറ്റവും ഉയർന്ന സിലനോൾ സാന്ദ്രത നൽകുന്നു (4 × 1014 മുതൽ 8 × 1014 cm−2, ഇത് ഒരു cm2 ന് ~8 × 1014 ജല തന്മാത്രകളുള്ള ഒരു ഏകപാളി ഐസിൻ്റെ സാന്ദ്രതയുമായി നന്നായി യോജിക്കുന്നു) (34).TFSI അയോണുകളുടെയും സിലിക്കയുടെയും O ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള തന്മാത്രാ ഇടപെടലുകൾക്കുള്ള തെളിവുകൾ FTIR നൽകുന്നു, ഇത് ILE റഫറൻസുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ എല്ലാ നാനോ-എസ്‌സിഇകൾക്കും O═S═O കൊടുമുടിയുടെ ഇരട്ടിയായി കാണിക്കുന്നു (ചിത്രം. 4A; പൂർണ്ണ സ്പെക്ട്ര ചിത്രം S8 ൽ).1231 cm−1 ൽ നിന്ന് ഏകദേശം −5 cm−1 ഉള്ള അധിക കൊടുമുടിയുടെ മാറ്റം TFSI അയോണുകളുടെ ഒരു ഭാഗമെങ്കിലും O═S═O ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ബോണ്ടിംഗ് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.അതിനാൽ, ഐസ് വാട്ടർ ലെയറിലെ ടിഎഫ്എസ്ഐ അയോണുകളുടെ എച്ച്-ബോണ്ടിംഗ് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു.തുടർന്ന്, വലിയ ഹൈഡ്രോഫോബിക് ബിഎംപി കാറ്റേഷനുകൾ ആദ്യത്തെ ടിഎഫ്എസ്ഐ ലെയറുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തി, അയോണിക് ദ്രാവക തന്മാത്രകളുടെ ആദ്യ അഡ്സോർബഡ് പാളി പൂർത്തിയാക്കുന്നു.ഹിമപാളിയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, അഡ്‌സോർബ്ഡ് ബിഎംപി-ടിഎഫ്എസ്ഐ തന്മാത്രകൾ മിക്കവാറും ചലനരഹിതമാണെന്ന് കരുതപ്പെടുന്നു, അങ്ങനെ സിലിക്ക പ്രതലത്തിൽ ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഐസ് പാളി വ്യാപിക്കുന്നു.TFSI അയോണിന് ഒരു സമമിതി O═S═O ഗ്രൂപ്പ് ഉള്ളതിനാൽ, ഒരു ഓക്സിജൻ ആറ്റത്തിന് ഹൈഡ്രോക്‌സിലേറ്റഡ് സിലിക്ക പ്രതലവുമായി സംവദിക്കാൻ കഴിയും, മറ്റൊന്ന് BMP കാറ്റേഷനുകളുടെ സ്റ്റിക്കിംഗ് പോയിൻ്റുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു.TFSI അയോണിന് രണ്ട് O═S═O ഗ്രൂപ്പുകളും ഉണ്ട്, ഇത് അയോൺ മോണോലേയറിൻ്റെ ദൃഢമായ അഡോർപ്ഷനും സാന്ദ്രമായ ക്രമപ്പെടുത്തലും ഉറപ്പുനൽകുന്നു.ഒഎച്ച് ഗ്രൂപ്പുകളുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള ഇടതൂർന്ന ഹിമപാളിയുടെ കാര്യത്തിൽ അഡ്‌സോർപ്ഷൻ ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമാണ്.സിലനോൾ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ മാത്രം സാന്നിധ്യത്തിൽ, ഒരു തുടർച്ചയായ അഡ്‌സോർബേറ്റ് പാളി രൂപപ്പെടുത്താൻ അഡ്‌സോർപ്ഷൻ ശക്തമാകണമെന്നില്ല.കൂടാതെ, വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഐസ് മോണോലെയറുകളുടെ എണ്ണം ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിൻ്റെ ശക്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതായി അറിയപ്പെടുന്നു (35).BMP കാറ്റേഷനും ഓർഡർ ചെയ്ത TFSI മോണോലെയറും തമ്മിലുള്ള തന്മാത്രാ ഇടപെടലുകൾ TFSI അയോണിന് ഭ്രമണ സ്വാതന്ത്ര്യമുള്ള അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും, കൂടാതെ ഒരു അടിവശം ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് ധ്രുവീകരണം ഇല്ല.ആന്തരിക ബോണ്ടുകളുടെ ധ്രുവീകരണത്തിലൂടെയും അതിൻ്റെ രാസ പരിതസ്ഥിതികളുമായുള്ള തന്മാത്രാ ഇടപെടലുകളിലൂടെയും, പ്രത്യേകിച്ച്, ആഡ്സോർബ്ഡ് TFSI അയോണിലൂടെയും വലിയ ബിഎംപി കാറ്റേഷൻ്റെ ചാർജ് യഥാർത്ഥത്തിൽ പല ആറ്റങ്ങളിലും വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു.ടിഎഫ്എസ്ഐ അയോണിൻ്റെ ഒ-ഗ്രൂപ്പും ഐസ് പാളിയുടെ ഒഎച്ച്-ടെർമിനേഷനും തമ്മിലുള്ള എച്ച്-ബോണ്ടിംഗ് ഇപ്പോൾ ആദ്യത്തെ അസോർബഡ് ലെയറിന് മുകളിൽ ഒരു ദ്വിധ്രുവം അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് അസ്സോസിയേഷൻ വഴി കൂടുതൽ തന്മാത്രാ ക്രമപ്പെടുത്തലിന് കാരണമാകുന്നു.ഈ സമയത്ത്, ചെറിയ Li-TFSI തന്മാത്രകൾ തന്മാത്രാ പാളിയിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അതിലൂടെ TFSI അയോൺ ഇപ്പോൾ മുകളിലെ പാളിയിലെ ഒന്നോ അതിലധികമോ BMP കാറ്റേഷനുകളുടെ ശേഷിക്കുന്ന പോസിറ്റീവ് ദ്വിധ്രുവ ചാർജ് നികത്തുന്നു, അതിനാൽ അതിൻ്റെ Li യുമായുള്ള ബന്ധം അഴിച്ചുവിടുന്നു. അയോൺ.ഈ രീതിയിൽ, ഈ ഇൻ്റർഫേസിൽ സ്വതന്ത്ര Li+ ൻ്റെ സാന്ദ്രത വർദ്ധിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന അയോൺ ചാലകതയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.അതിനാൽ, ഇടതൂർന്നതും കട്ടിയുള്ളതുമായ ഹിമപാളികൾ നഷ്ടപരിഹാരം നൽകുന്നതിന് ഉയർന്ന ശേഷിക്കുന്ന ചാർജുള്ള ഒരു വലിയ ദ്വിധ്രുവം അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ആനുപാതികമായി ഉയർന്ന സ്വതന്ത്ര Li+ സാന്ദ്രതയും അതുവഴി അയോൺ ചാലകതയും നൽകുന്നു.

Adsorbed ILE ലെയറിന് മുകളിൽ, മറ്റൊരു ILE പാളിക്ക് സിലിക്കയിലെ ഐസ് മൾട്ടിലെയറുകൾക്ക് സമാനമായി ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയും അല്ലെങ്കിൽ ഐസ് പാളിയുടെ ദ്വിധ്രുവ പുൾ വളരെ ദുർബലമാണ്, കൂടാതെ ഒരു നേരിയ ബന്ധിതമായ ILE മുകളിലാണ്, അത് പിന്നീട് ദ്രാവകം പോലെയുള്ള ചാലകം നൽകാം. ലി+ അയോണുകൾ താഴത്തെ അഡ്‌സോർബഡ് ലെയറിൽ റിലീസ് ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 4C).എൻഎംആർ, രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി അളവുകൾ എന്നിവയാൽ സ്വതന്ത്ര Li+ അയോൺ സാന്ദ്രതയിലെ മാറ്റം സ്ഥിരീകരിച്ചു.രാമൻ അളവുകൾ പരോക്ഷമായി കാണിക്കുന്നത് സ്വതന്ത്ര Li+ അയോണുകളുടെ വലിയൊരു ഭാഗം തീർച്ചയായും നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ സിലിക്കയുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന കൂടുതൽ ഐസ് വാട്ടർ പാളികളോട് കൂടിയതാണ് (ചിത്രം 5).TFSI അയോണിൻ്റെ N-ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ വൈബ്രേഷൻ പരിശോധിച്ച് രാമൻ TFSI-യുമായുള്ള കാറ്റേഷൻ്റെ ബന്ധം അളക്കുന്നു (36).ശുദ്ധമായ BMP-TFSI അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൽ, 741 cm−1 എന്ന ഒരൊറ്റ കൊടുമുടി മാത്രമേ കാണപ്പെടുന്നുള്ളൂ.ശുദ്ധമായ ILE-യുടെ കാര്യത്തിൽ, 746 cm−1-ൽ ഒരു അധിക കൊടുമുടി കാണപ്പെടുന്നു, അവിടെ രണ്ട് TFSI അയോണുകൾ ഒരൊറ്റ Li+ അയോണുമായി ഏകോപിപ്പിക്കുന്നു [മെറ്റീരിയലുകളിലും രീതികളിലും സാന്ദ്രത ഫങ്ഷണൽ തിയറി (DFT) കണക്കുകൂട്ടലുകൾ കാണുക].എല്ലാ നാനോ-എസ്‌സിഇകൾക്കും, 746 cm−1 എന്ന പീക്ക് തീവ്രത ILE-യെ അപേക്ഷിച്ച് ദുർബലമാണ്, ഇത് അനുബന്ധ Li-TFSI-യുടെ ഒരു ചെറിയ അംശത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, തൽഫലമായി, അസ്സോസിയേറ്റഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീ ലി+ കാറ്റേഷനുകളുടെ വലിയൊരു ഭാഗം.ഏറ്റവും ഉയർന്ന ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന നാനോ-എസ്‌സിഇയിൽ, അതായത് ഏറ്റവും കട്ടിയുള്ള ഐസ് പാളിയുള്ളവയ്ക്ക് കൊടുമുടി ഗണ്യമായി കുറയുന്നു.ഗ്ലോവ് ബോക്‌സിലെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലുള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇയ്‌ക്ക്, വാക്വം-അനീൽഡ് സാമ്പിളുകളേക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണെങ്കിലും ഫ്രീ ലി+ ൻ്റെ ഒരു ഭാഗം അളക്കുന്നു.746-ൽ 741 സെ.മീ−1 രാമൻ ഷിഫ്റ്റുകളുടെ പീക്ക് തീവ്രതയുടെ അനുപാതം, TFSI-അനുബന്ധ ലി-അയോണുകളുമായുള്ള സ്വതന്ത്ര അനുപാതത്തിൻ്റെ അളവാണ് (ചിത്രം 5B).വാക്വം ഡ്രൈഡ് നാനോ-എസ്‌സിഇ (ദിവസം 0), ഗ്ലൗ ബോക്‌സ് ഡ്രൈനസ് (ഡേയ്) സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ എസ്‌സിഇ എന്നിവയ്‌ക്ക് ചിത്രം 3 ബിയിലെ x മൂല്യത്തിനൊപ്പം ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന പ്രവണതയെ x മൂല്യത്തോടുകൂടിയ ഫ്രീ ലി+ അയോൺ ഫ്രാക്ഷനിലെ ലീനിയർ വർദ്ധനവ് നന്നായി പിന്തുടരുന്നു. 138).

(എ) 0.5 (പച്ച), 1.5 (മഞ്ഞ) x മൂല്യങ്ങളുള്ള ഒരു അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ രാമൻ സ്പെക്ട്രയും (IL; ഡോട്ടഡ് ബ്ലൂ ലൈൻ) ILE റഫറൻസും (ILE; ഡാഷ്-ഡോട്ട്ഡ് ലൈൻ) തയ്യാറാക്കിയ നാനോ-എസ്‌സിഇ (വാക്വം ഡ്രൈ) , കൂടാതെ 2 (തവിട്ട്), നാനോ-എസ്‌സിഇ (x = 1.5) എന്നിവയും ഗ്ലൗ ബോക്‌സിൽ 30 ദിവസത്തേക്ക് അല്ലെങ്കിൽ 0.0005% RH (ചുവപ്പ്) യിൽ സാച്ചുറേഷനിൽ ഉണക്കുക.യഥാക്രമം Li+ (746 cm−1) ലേക്ക് കോർഡിനേറ്റ് ചെയ്‌തിരിക്കുന്നതും Li+ (741 cm−1) ആയി ഏകോപിപ്പിച്ചിട്ടില്ലാത്തതുമായ N സെൻ്റർ ഉപയോഗിച്ച് TFSI-യ്‌ക്കുള്ള രാമൻ ഷിഫ്റ്റിനെ ലംബ വരകൾ ലേബൽ ചെയ്യുന്നു.(B) സംയോജിത തീവ്രതയുടെ അനുപാതത്തിന് അനുസൃതമായി, നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ കോർഡിനേറ്റഡ് Li+ യുടെ സ്വതന്ത്ര അനുപാതം (വാക്വം ഡ്രൈഡ്, ബ്ലാക്ക് സർക്കിളുകൾ) കൂടാതെ 0.0005% RH ഉള്ള ഗ്ലൗ ബോക്സുകളിൽ 30 ദിവസത്തേക്ക് ഉണക്കി (നീല വജ്രങ്ങൾ). രാമൻ കൊടുമുടികൾ (746 cm−1 മേൽ 741 cm−1).(സി) നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ (റെഡ് ഡയമണ്ട്‌സ്) പിഎഫ്‌ജി-എൻഎംആർ-ഉത്ഭവിച്ച ലി+ സെൽഫ് ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ്, ഐഎൽഇ റെഫർ.(കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ) ഗ്രേഡിയൻ്റ് കാന്തികക്ഷേത്ര പൾസുകൾ തമ്മിലുള്ള ഇടവേളയുടെ പ്രവർത്തനമായി.രാമൻ സ്പെക്ട്രയിലെ സൈദ്ധാന്തിക കൊടുമുടികൾ DFT കണക്കുകൂട്ടൽ ഉപയോഗിച്ച് അനുകരിക്കപ്പെട്ടു.

പൾസ്ഡ്-ഫീൽഡ് ഗ്രേഡിയൻ്റ് NMR-ൽ നിന്ന് (PFG-NMR), ILE ലിക്വിഡ് റഫറൻസിനും ഒരു നാനോ-നുമുള്ള ഗ്രേഡിയൻ്റ് മാഗ്നറ്റിക് ഫീൽഡ് പൾസുകൾ ∆ തമ്മിലുള്ള ഇടവേളയുടെ പ്രവർത്തനമായി വ്യത്യസ്ത മൊബൈൽ ലി-അയോൺ സ്പീഷീസുകളുടെ സ്വയം വ്യാപന ഗുണകം നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ടു. SCE (x = 1.5) അതേ അയോൺ ചാലകത 0.6 mS/cm (ചിത്രം 5C).ILE റഫറൻസിലെ Li+ സെൽഫ് ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് സ്ഥിരമായിരുന്നു, ഇത് ദ്രവത്തിൽ വളരെ സമാനമായ മൊബിലിറ്റി ഉള്ള ഒന്നോ അതിലധികമോ Li സ്പീഷീസുകൾ മാത്രമേ ഉള്ളൂ എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.നാനോ-എസ്‌സിഇക്ക്, സെൽഫ് ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് ∆-നൊപ്പം വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഐഎൽഇയേക്കാൾ ചെറുത് ∆ കവിഞ്ഞു, കാന്തികക്ഷേത്ര പൾസുകൾക്കിടയിൽ ചെറിയ ഇടവേളകളിൽ മാത്രം പ്രതികരിക്കുന്ന അതിവേഗ-ചലിക്കുന്ന ജീവിവർഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പിയിൽ നിന്ന് അനുമാനിച്ചതുപോലെ, സ്വതന്ത്ര ലി-അയോൺ സാന്ദ്രതയിലെ വർദ്ധനവിന് അടുത്തായി, ഡിഫ്യൂഷനുള്ള ആക്ടിവേഷൻ എനർജി മെസോഫേസ് ഇൻ്റർഫേസ് ലെയറിലും കുറയുന്നുവെന്ന് സ്വയം-ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റിലുള്ള ഗ്രേഡിയൻ്റ് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.മെസോഫേസ് ലെയറിലെ (കൂടുതൽ) സ്വതന്ത്ര Li+ അയോണുകൾ അവതരിപ്പിച്ച ചാലകത മെച്ചപ്പെടുത്തലിനെ ഇത് പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.ദൈർഘ്യമേറിയ ∆, സ്വയം വ്യാപന ഗുണകം ILE റഫറൻസിനേക്കാൾ കുറവായിരുന്നു.ILE-യുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഗ്ലോവ് ബോക്‌സ്-പൂരിത നാനോ-എസ്‌സിഇ-യുടെ വളരെ കുറഞ്ഞ അയോൺ ചാലകതയെ ഇത് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.തന്മാത്രാ ചലനത്തിൻ്റെ നിയന്ത്രണം മൂലം മെസോപോറുകളുടെ കാമ്പിൽ ഒതുങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഐഎൽഇക്ക് ഉയർന്ന വിസ്കോസിറ്റി ഉണ്ടായിരിക്കും.അതിനാൽ, സിലിക്ക/ഐസ്/ഐഎൽഇ ഇൻ്റർഫേസിൽ വളരെ വേഗത്തിൽ വ്യാപിക്കുന്ന ലി-അയോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലൂടെയുള്ള മെച്ചപ്പെടുത്തൽ സുഷിരത്തിൻ്റെ കാമ്പിലെ ചാലകതയിലെ കുറവിനെ മറികടക്കേണ്ടതുണ്ട്.ഇൻ്റർഫേസുകൾ മതിയായ അയോൺ ചാലക പ്രമോഷൻ നൽകാത്ത കണികാ-അധിഷ്‌ഠിത സംവിധാനങ്ങളിലെ മെച്ചപ്പെടുത്തലിൻ്റെ അഭാവം ഇത് വിശദീകരിക്കുന്നു (ചിത്രം. S1).

ലിഥിയം ലോഹത്തിനെതിരായ നാനോ-എസ്സിഇയുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്ഥിരത മൂന്ന് ഇലക്ട്രോഡ് സജ്ജീകരണം ഉപയോഗിച്ച് പരീക്ഷിച്ചു (സെറ്റപ്പിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ചിത്രം S7 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു).Li/SCE (x = 1.5), Li/ILE ഹാഫ്-സെൽ എന്നിവയുടെ നിലവിലെ സാധ്യതയുള്ള സ്വഭാവം ചിത്രം 6A-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.ചിത്രം 2 ലെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ വിൻഡോയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ഇലക്ട്രോകെമിസ്ട്രി ILE ഫില്ലർ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.റിവേഴ്‌സിബിൾ ലിഥിയം പ്ലേറ്റിംഗും സ്ട്രിപ്പിംഗും നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു.ഒരു സ്ഥിരതയുള്ള സോളിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഇൻ്റർഫേസ് (SEI) പാളി മെറ്റാലിക് ലിഥിയത്തിൽ രൂപം കൊള്ളുന്നു, ഇത് ഏകദേശം 0.9 കിലോ-ഓം · സെ.മീ 2 RSEI ഉള്ളതാണ്, ഇത് കാഥോഡിക്, അനോഡിക് വശങ്ങളിലെ iU കർവിലെ വലിയ IR ഡ്രോപ്പിന് കാരണമാകുന്നു.ശുദ്ധമായ ILE ലായനികളിലെ കാഥോഡിക് കറൻ്റ് -2.5 mA/cm2 വരെ ഹിസ്റ്റെറിസിസ് കാണിക്കുന്നില്ല.എന്നിരുന്നാലും, അനോഡിക് പിരിച്ചുവിടൽ 0.06 mA/cm2 മാത്രം സ്ഥിരതയുള്ള അനോഡിക് കറൻ്റ് ഉള്ള ഒരു പാസിവേഷൻ പീക്ക് കാണിച്ചു.സോളിഡ്-സോളിഡ് Li/SCE ഇൻ്റർഫേസിലെ കാഥോഡിക് കറൻ്റ് ബ്രാഞ്ച് -0.5 mA/cm2-ൽ താഴെയുള്ള കാഥോഡിക് വൈദ്യുതധാരകൾക്ക് ഹിസ്റ്റെറിസിസ് ഇല്ല.എന്നിരുന്നാലും, SEI യുടെ പ്രതിരോധം ഏകദേശം ഇരട്ടിയായിരുന്നു.അതുപോലെ, അനോഡിക് പീക്ക് താഴ്ന്നതും അനോഡിക് പാസിവേഷൻ പീക്കിനു ശേഷമുള്ള സ്ഥിരതയുള്ള കറൻ്റ് 0.03 mA/cm2 ആയിരുന്നു, ശുദ്ധമായ ILE ലായനിയുടെ പകുതി മാത്രം.എസ്‌സിഇയുടെ സുഷിരങ്ങളിൽ SEI, പാസിവേഷൻ പാളികൾ എന്നിവയുടെ രൂപീകരണം ലിഥിയം ലോഹത്തിലെ വൈദ്യുതധാരയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.Li/ILE, Li/SCE ഇലക്‌ട്രോഡുകൾക്കായുള്ള വോൾട്ടമോഗ്രാമുകൾ ഒന്നിലധികം സൈക്കിളുകളിൽ പുനർനിർമ്മിക്കാവുന്നതാണ്, ഇത് അനോഡിക് പാസിവേഷൻ ലെയറും കെമിക്കൽ SEI ലെയറും റിവേഴ്‌സിബിളും സ്ഥിരതയുള്ളതുമാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.Li/SCE ഇൻ്റർഫേസിലെ സ്ലോ ഡിസൊല്യൂഷൻ കൈനറ്റിക്‌സ് താഴെയുള്ള Li മെറ്റൽ ആനോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ഹാഫ്-സെല്ലുകളുടെ പ്രകടനത്തെ ഗുരുതരമായി പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

(എ) നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ (x = 1.5, വാക്വം ഡ്രൈയിംഗിന് ശേഷം സമന്വയിപ്പിച്ചത്) (ചുവപ്പ്), ഐഎൽഇ റഫറൻസ് (കറുപ്പ്) എന്നിവയുടെ സൈക്ലിക് വോൾട്ടമോഗ്രാം ലി ഉപയോഗിച്ച് മൂന്ന് ഇലക്‌ട്രോഡ് കോൺഫിഗറേഷനിൽ വർക്കിംഗ്, കൌണ്ടർ, റഫറൻസ് ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ (എസ്ഇഐ പ്രതിരോധം കണക്കാക്കുന്നു ILE, SCE എന്നിവയ്‌ക്ക് യഥാക്രമം 0.9, 1.8 കിലോ-ഓം·cm2 എന്നിങ്ങനെയാണ് കാഥോഡിക് കറൻ്റിലുള്ള IR ഡ്രോപ്പ്).(B) Li/SCE (x = 1)/100-nm നേർത്ത-ഫിലിം LiMn2O4 സെല്ലിൻ്റെ ഗാൽവാനിക് ചാർജ്/ഡിസ്ചാർജ് കർവുകൾ 1C, 5C, 20C എന്നിങ്ങനെ അഞ്ച് സൈക്കിളുകൾക്ക്.(C) Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12, Li/SCE/30-μm LiFePO4 പൊടി ഇലക്ട്രോഡ് സെല്ലുകളുടെ (1 mV/s) സൈക്ലിക് വോൾട്ടമോഗ്രാമുകൾ.(D) 1C, 0.1C, 0.2C, 0.02C എന്നിവയിൽ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 പൊടി ഇലക്‌ട്രോഡിൻ്റെ ഗാൽവാനിക് ചാർജ്/ഡിസ്‌ചാർജ് കർവുകൾ.(E) 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, 0.01C എന്നിവയിൽ Li/SCE/30-μm LiFePO4 പൊടി ഇലക്‌ട്രോഡിൻ്റെ ഗാൽവാനിക് ചാർജ്/ഡിസ്‌ചാർജ് കർവുകൾ.(എഫ്) Li/SCE/30-μm LiFePO4 പൗഡർ ഇലക്‌ട്രോഡിൻ്റെ സൈക്കിൾ സംഖ്യയ്‌ക്കെതിരായ ശേഷി (ഡീലിത്തിയേഷനായി നിറച്ച വജ്രങ്ങളും ലിത്തിയേഷനായി തുറന്ന ചതുരങ്ങളും);സെല്ലുകളിലെ SCE യുടെ കനം ഏകദേശം 280 μm ആണ്.LFP, LTO കാഥോഡ് എന്നിവയുടെ സാന്ദ്രത യഥാക്രമം 1.9, 11.0 mg/cm2 ആണ്.(G) 0.1, 0.2, 0.5, 0.1 mA/cm2 എന്നിവയുടെ നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിൽ സൈക്കിൾ ചെയ്യുന്ന Li/SCE/Li സ്റ്റാക്കിൻ്റെ സാധ്യതയും സമയ കർവുകളും.(H) Li/SCE/Li സ്റ്റാക്കിൻ്റെ 1, 10, 125, അവസാന ധ്രുവീകരണം (G) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന 0.1 mA/cm2-ൽ ഊന്നിപ്പറയുന്നു.(G), (H), SCE യുടെ ചാലകത 0. 34 mS/cm ആണ്, SCE പെല്ലറ്റിൻ്റെ കനം 0.152 സെൻ്റീമീറ്റർ ആണ്.

ഒരു 100-nm LiMn2O4 (LMO) നേർത്ത-ഫിലിം നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെയും ഇലക്‌ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലിൻ്റെയും സ്ഥിരത പരിശോധിക്കുന്നതിനായി ഒരു മോഡൽ പോസിറ്റീവ് ഇലക്‌ട്രോഡായി ഉപയോഗിച്ചു, അതേസമയം കണികാ കോമ്പോസിറ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡുകളിലെ ഇൻ്റർഫേസ് പ്രശ്‌നങ്ങൾ ഇല്ലാതാക്കുന്നു (37).നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡ്/എസ്‌സിഇ സ്റ്റാക്കിൻ്റെ സൈക്ലിംഗ് പ്രകടനം ഇലക്‌ട്രോഡിനും ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെ സ്ഥിരത പ്രകടമാക്കുന്നു.ഈ മോഡൽ തിൻ-ഫിലിം സജ്ജീകരണത്തിൽ, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനും ഇലക്‌ട്രോഡിനും ഇടയിൽ ഒരൊറ്റ, നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട, പ്ലാനർ ഇൻ്റർഫേസ് കോൺടാക്‌റ്റ് മാത്രമേ ഉള്ളൂ, അതായത്, ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ്/ഇലക്‌ട്രോഡ് ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെ ഇലക്‌ട്രോകെമിസ്ട്രി പഠിക്കാൻ വോളിയം മാറ്റത്തിൻ്റെ പ്രശ്‌നങ്ങളില്ലാതെ ഇത് അനുയോജ്യമായ ഒരു പ്ലാറ്റ്‌ഫോമാണ്. , മുതലായവ. ഈ പരീക്ഷണത്തിൽ, ലി-ഫോയിൽ കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡിൽ നിരക്ക് പ്രകടനം പരിമിതപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ല, കാരണം നിലവിലെ സാന്ദ്രത (1C ന് 6 μA/cm2) ലിഥിയം ഹാഫ്-ന് വേണ്ടിയുള്ള സ്ഥിരതയുള്ള അനോഡിക് കറൻ്റ് പീഠഭൂമിയേക്കാൾ താഴെയാണ്. സെൽ (0.03 mA/cm2).20-ലധികം സൈക്കിളുകൾക്ക് 1-നും 20C-നും ഇടയിലുള്ള C-റേറ്റുകൾക്ക് 4.3 V-ൽ ഒരു കട്ട്ഓഫ് വോൾട്ടേജിൽ പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്നതും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ ചാർജ്/ഡിസ്ചാർജ് കർവുകൾ ലഭിക്കും (ചിത്രം 6B).LiB-യുടെ ദ്രാവക ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൽ LMO അസ്ഥിരമാണ്.ഉദാഹരണത്തിന്, 1C (37)-ൽ ഒരു LiClO4/പ്രൊപിലീൻ കാർബണേറ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൽ 10 സൈക്കിളുകൾക്കായി ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്ത 100-nm LMO ഫിലിം ചാർജിൽ 50% ശേഷി കുറയ്ക്കൽ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു.ഒരു സാധാരണ ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിനേക്കാൾ നാനോ-എസ്‌സിഇ എൽഎംഒയുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതായി ഞങ്ങളുടെ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ സംയോജനം തെളിയിക്കാൻ, ഞങ്ങൾ Li4Ti5O12 (LTO), LiFePO4 (LFP) പൗഡർ ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് പകുതി സെല്ലുകളും നിർമ്മിച്ചു.പോറസ് ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ സങ്കലനം ചെയ്യുന്നതിനായി മുൻഗാമിയായ ലായനി കോയിൻ സെല്ലിലേക്ക് വലിച്ചെറിയുകയും നാനോ-എസ്‌സിഇ പെല്ലറ്റുകളെപ്പോലെ ഉണക്കി വാക്വം-അനീൽ ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നതിനുമുമ്പ് കൂടുതൽ ജീലേഷനായി അവശേഷിപ്പിച്ചു.കോശങ്ങൾ അനുബന്ധ ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ സ്വഭാവ ലിഥിയേഷൻ/ഡീലിതിയേഷൻ കാണിക്കുന്നു (ചിത്രം 6C).എൽ.ടി.ഒ.യേക്കാൾ എൽ.എഫ്.പി.ക്ക് കുറഞ്ഞ പീക്ക് കറൻ്റുകൾക്ക് കാരണം കോട്ടിംഗ് കട്ടിയിലെ വ്യത്യാസമാണ്.30 മുതൽ 40 മൈക്രോമീറ്റർ വരെ കട്ടിയുള്ള ഇലക്‌ട്രോഡ് കോട്ടിംഗുകൾക്ക് മുകളിൽ രൂപപ്പെട്ട നാനോ-എസ്‌സിഇ ലെയറിൽ ലി-ഫോയിൽ കൌണ്ടർ ഇലക്‌ട്രോഡ് അമർത്തിയാൽ ചാർജ്/ഡിസ്‌ചാർജ് അളവുകൾ സമയത്ത് നിരക്ക് പ്രകടനം പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു (ചിത്രം. 6, ഡി, ഇ).LTO/nano-SCE/Li സെൽ അതിൻ്റെ പരമാവധി ശേഷിയായ 160 mA·hour/g എന്ന കുറഞ്ഞ C-റേറ്റിൽ 0.02C (ചിത്രം 6D) ൽ എത്തി.0.1C-നേക്കാൾ വലുതായ C-റേറ്റുകൾക്ക് 10%-ൽ താഴെയുള്ള C-റേറ്റിനൊപ്പം ആക്സസ് ചെയ്യാവുന്ന ശേഷി അതിവേഗം കുറയുന്നു.അതുപോലെ, LFP/SCE/Li സെൽ അതിൻ്റെ പരമാവധി ശേഷിയായ ഏകദേശം 140 mA·hour/g 0.01C-ൽ എത്തി (ചിത്രം 6E).സ്ഥിരതയുള്ള സെൽ കോൺഫിഗറേഷൻ പ്രകടമാക്കുന്ന മൊത്തം 30 സൈക്കിളുകളുടെ നിരക്ക് പ്രകടനം ചിത്രം 6F കാണിക്കുന്നു.ഈ പരീക്ഷണങ്ങൾ ലി-അയോൺ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റായി നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമതയും ലി-അയോൺ സെല്ലുകളിൽ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള സാധ്യതയും തെളിയിക്കുന്നു.

Li/SCE/Li സമമിതി സ്റ്റാക്ക് ഉപയോഗിച്ച് നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ സ്ഥിരത അല്ലെങ്കിൽ സൈക്ലബിലിറ്റി പരീക്ഷിച്ചു.0.1 mA/cm2 എന്ന നിലവിലെ സാന്ദ്രതയിൽ 0.5 മണിക്കൂർ (ചിത്രം 6G) പ്രശ്നങ്ങളോ ഡെൻഡ്രൈറ്റ് രൂപീകരണമോ ഇല്ലാതെ 120-ലധികം സൈക്കിളുകൾ സൈക്കിൾ ചെയ്തു (ചിത്രം 6H).ധ്രുവീകരണ വോൾട്ടേജ് കാലക്രമേണ ചെറുതായിത്തീരുന്നു, ഇത് കോൺടാക്റ്റിൻ്റെ പുരോഗതിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.മാത്രമല്ല, ലിഥിയം ഡെൻഡ്രൈറ്റുകളുടെ രൂപീകരണമോ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെയോ ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെയോ അപചയത്തിൻ്റെ ലക്ഷണങ്ങളോ ഇല്ലാതെ, 0.5 mA/cm2 എന്ന നിലവിലെ സാന്ദ്രത വരെ സെൽ സമ്മർദ്ദത്തിലാക്കി (ചിത്രം 6G).മെറ്റാലിക് ലിഥിയം അതിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിൽ BMP-TFSI-അധിഷ്‌ഠിത ILE-കളിൽ (27) ഒരു സംരക്ഷിത ഇൻ്റർഫേസ് പാളി അല്ലെങ്കിൽ SEI രൂപീകരിക്കുന്നതായി അറിയപ്പെടുന്നു.ഈ പ്രതികരണം ലിഥിയം/നാനോ-എസ്‌സിഇ ഇൻ്റർഫേസിലും സംഭവിക്കുന്നു;ചിത്രം 6A-ന് കീഴിൽ ചർച്ച ചെയ്തതുപോലെ, സുഷിരങ്ങൾക്കുള്ളിൽ SEI വളരും, ഇത് ILE-യെക്കാൾ നാനോ-SCE-യ്‌ക്കുള്ള ഉയർന്ന SEI പ്രതിരോധം വിശദീകരിക്കുന്നു (മുകളിൽ കാണുക).ഒരു SEI ലെയറിനുള്ള തെളിവ് IR സ്പെക്ട്രയിൽ നിന്ന് ലഭിച്ചു (fig. S9).ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ നിന്നുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡ് സ്‌ക്രീൻ ചെയ്യുന്ന ക്ലാസിക്കൽ ലിബിയിലെ ഒരു SEI കോട്ടിങ്ങിന് സമാനമായി, കൂടുതൽ പ്രതിപ്രവർത്തനം ഒഴിവാക്കി, ഇവിടെയുള്ള SEI ഐസ് വാട്ടർ പാളിയെ മെറ്റാലിക് ലിഥിയം ആനോഡിൽ നിന്നുള്ള കൂടുതൽ പ്രതികരണത്തിൽ നിന്ന് സംരക്ഷിക്കുമെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു.Li/nano-SCE (x = 1.5) ധ്രുവീകരണത്തിന് മുമ്പും ശേഷവും 10 മണിക്കൂറോളം ഇംപെഡൻസ് സ്പെക്ട്ര ബൾക്ക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് പ്രതിരോധത്തിൽ ഒരു മാറ്റവും കാണിച്ചില്ല.ലിഥിയം ലോഹത്താൽ നാനോ-എസ്‌സിഇയുടെ സാവധാനത്തിലുള്ള ഉണക്കൽ ഒഴിവാക്കാൻ ദീർഘമായ സൈക്ലിംഗ് പ്രകടന അളവുകൾ ആവശ്യമാണ്, എന്നാൽ ഈ ഫലങ്ങൾ ഇതിനകം തന്നെ ലിഥിയം ലോഹത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളിലെ എസ്‌സിഇയുടെ മികച്ച സൈക്ലബിലിറ്റിക്കുള്ള സാധ്യത കാണിക്കുന്നു.എന്നിരുന്നാലും, ഇൻ്റർഫേസ് ഇംപെഡൻസ് മൊത്തത്തിൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് കൃത്രിമ ഇൻ്റർഫേസ് കോട്ടിംഗുകൾ പരിഗണിക്കാം.

OH- ടെർമിനേറ്റഡ് സിലിക്ക പ്രതലങ്ങളിൽ ഒരു കെമിസോർബെഡ് വാട്ടർ ലെയർ അവതരിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ സിലിക്ക ഇൻ്റർഫേസുകളിൽ അയോൺ ചാലക പ്രമോഷൻ നേടാനാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ കാണിച്ചുതന്നു.സമമിതിയായ O═S═O ഗ്രൂപ്പുമായുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടിംഗിലൂടെ ഈ ജല പ്രവർത്തന പാളിയിലെ TFSI അയോണുകൾ കെമിസോർബ് ചെയ്യുന്നു.ജലത്തിൻ്റെ ഉപരിതല പാളി ചലനരഹിതമാണ്, അതിനാൽ അഡ്‌സോർബ്ഡ് TFSI ലെയറിനെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് പിൻ ചെയ്യുന്നു.വലിയ ബിഎംപി കാറ്റേഷനുകൾ ടിഎഫ്എസ്ഐ മോണോലെയറുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അങ്ങനെ ഉപരിതലത്തിൽ ടിഎഫ്എസ്ഐ-ബിഎംപിയുടെ തന്മാത്രാ ക്രമം അവതരിപ്പിക്കുന്നു.ജലീയ അന്തരീക്ഷത്തിലെ സാവധാനത്തിലുള്ള ജീലേഷനും സാവധാനത്തിലുള്ള ഉണങ്ങലും പ്രവർത്തനപരമായ ജല പാളിയുടെയും അതിന് മുകളിലുള്ള ഓർഗാനിക് അയോണുകളുടെ സംഘടിത പാളിയുടെയും സംയോജിത രൂപീകരണത്തിന് സഹായിക്കുമെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു.ആദ്യത്തെ TFSI അയോൺ പാളി അതിൻ്റെ നെഗറ്റീവ് ചാർജിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം ഹൈഡ്രോക്‌സിലേറ്റഡ് സിലിക്കയുമായി പങ്കിടുന്നതിനാൽ, മുകളിലുള്ള BMP കാറ്റേഷൻ പാളി മറ്റൊരു TFSI അയോണുമായി ബന്ധം തേടും, അതിലൂടെ ഒന്നിലധികം BMP കൾക്ക് അവരുടെ നഷ്ടപരിഹാരം നൽകാത്ത ചാർജ് ഒരു TFSI-യുമായി പങ്കിടാൻ കഴിയും (മിക്കവാറും മൂന്ന് മുതൽ ഒന്ന് വരെ ILE-ൽ IL, Li-TFSI എന്നിവയുടെ അനുപാതം).Li-TFSI ഉപ്പ് തന്മാത്രകൾക്ക് ഏറ്റവും അടുത്ത സമീപനമുള്ളതിനാൽ, Li+ അയോണുകൾ വിഘടിക്കുകയും ഈ ഇൻ്റർഫേസ് ലെയറിൽ വേഗത്തിലുള്ള വ്യാപനത്തിനായി സ്വതന്ത്രമാക്കുകയും ചെയ്യും.മെച്ചപ്പെട്ട ചാലകതയ്‌ക്ക്, ഈ സ്വതന്ത്ര Li+ സ്പീഷീസുകൾക്ക് നീങ്ങാൻ കുറഞ്ഞത് ഒരു അയോണിക് ദ്രാവക പാളിയെങ്കിലും ആവശ്യമാണ്.ഇക്കാരണത്താൽ, ILE വോളിയം/സിലിക്ക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം ഒരു അടഞ്ഞ മോണോലേയറിന് മാത്രം മതിയാകും എന്നതിനാൽ, കുറഞ്ഞ x മൂല്യം 0.5 ഉള്ള നാനോ-എസ്‌സിഇ മെച്ചപ്പെട്ട ചാലകത കാണിച്ചില്ല.

ഖരരൂപത്തിലുള്ള ഉപരിതല ജലമോ മഞ്ഞുപാളിയോ ഇലക്ട്രോകെമിക്കലി ആക്ടീവ് അല്ലെന്ന് പിന്നീട് തെളിയിക്കപ്പെട്ടു.ഈ സമയത്ത്, ഇലക്ട്രോഡ് ഉപരിതലവുമായി നേരിട്ട് സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്ന ഐസ് വെള്ളം പ്രതികരിക്കുന്നില്ലെന്ന് നമുക്ക് ഒഴിവാക്കാനാവില്ല.എന്നിരുന്നാലും, ഉപരിതല ജലത്തിൻ്റെ പുറത്തേക്കുള്ള വ്യാപനം മന്ദഗതിയിലാണെന്നും അതിനാൽ കണ്ടെത്തുന്നതിന് ചലനാത്മകമായി വളരെ നിസ്സാരമാണെന്നും ഞങ്ങൾ കാണിച്ചു.ജലമലിനീകരണം ചെറുതാണെങ്കിൽപ്പോലും എപ്പോഴും ആശങ്കയുണ്ടാക്കുമെന്ന് ഞങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നു, കൂടാതെ ദീർഘമായ ജീവിതചക്രം പരിശോധനകൾക്ക് മാത്രമേ വെള്ളം വേണ്ടത്ര ബന്ധിതമാണോ എന്നതിന് കൃത്യമായ ഉത്തരം നൽകാൻ കഴിയൂ.എന്നിരുന്നാലും, സമാനമായതോ അതിലും വലിയതോ ആയ ഉപരിതല പ്രമോഷൻ നൽകുന്ന മറ്റ് പ്രവർത്തനപരമായ ഉപരിതല പാളികൾ ഇപ്പോൾ വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.ഇക്കാര്യത്തിൽ, ലി ഗ്രൂപ്പ് ഇതിനകം ഒരു ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പായി ഗ്ലൈസിഡിലോക്സിപ്രോപൈൽ പാളിയുടെ സാധ്യതകൾ കാണിച്ചിട്ടുണ്ട് (18).ഐസ് വാട്ടർ സിലിക്കയുടെ ജന്മദേശമാണ്, അതിനാൽ ഇവിടെ വിജയകരമായി പ്രദർശിപ്പിച്ചതുപോലെ, അയോൺ ചാലക പ്രമോഷനിലെ ഉപരിതല പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ ഫലത്തെ വ്യവസ്ഥാപിതമായി പഠിക്കാൻ അനുയോജ്യമാണ്.കൂടാതെ, മെസോഫേസ് പാളിയും അതിൻ്റെ ദ്വിധ്രുവവും ഓക്സൈഡിനെയും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഓർഗാനിക് തന്മാത്രകളെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കും, അങ്ങനെ രണ്ടും ട്യൂൺ ചെയ്യാൻ കഴിയും.ലബോറട്ടറിയിൽ, വ്യത്യസ്ത അയോണിക് ദ്രാവകങ്ങൾക്കുള്ള അയോൺ ചാലക പ്രമോഷനിൽ ഞങ്ങൾ ഇതിനകം വലിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്.കൂടാതെ, കാണിച്ചിരിക്കുന്ന തത്വം അയോൺ ചാലകത്തിന് പൊതുവായതാണ്, അതിനാൽ സോഡിയം, മഗ്നീഷ്യം, കാൽസ്യം അല്ലെങ്കിൽ അലുമിനിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾക്ക് അനുയോജ്യമായ വ്യത്യസ്ത അയോൺ സിസ്റ്റങ്ങൾക്കും ഇത് ബാധകമാണ്.ഉപസംഹാരമായി, ഇവിടെ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ഇൻ്റർഫേസ് ചാലകത്തോടുകൂടിയ നാനോകോംപോസിറ്റ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഒരൊറ്റ മെറ്റീരിയലിനേക്കാൾ ഒരു ആശയമാണ്, അത് അയോൺ ചാലകം, ട്രാൻസ്പോർട്ട് നമ്പർ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ വിൻഡോ, സുരക്ഷ, ഭാവിയിലെ ബാറ്ററി സെൽ തലമുറകൾക്കുള്ള ചെലവ് എന്നിവയുടെ ആവശ്യമുള്ള ഗുണങ്ങളിലേക്ക് കൂടുതൽ (നാനോ) എഞ്ചിനീയറിംഗ് ചെയ്യാൻ കഴിയും. .

സോൾ-ജെൽ രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് നാനോ-എസ്സിഇ തയ്യാറാക്കിയത്.ലിഥിയം ബിസ് (ട്രൈഫ്ലൂറോമെതൈൽസൽഫൊനൈൽ) ഇമൈഡ് ലി-ടിഎഫ്എസ്ഐ;സിഗ്മ-ആൽഡ്രിച്ച്;99.95%), 0.5 മില്ലി ഡീയോണൈസ്ഡ് H2O, 0.5 ml TEOS (സിഗ്മ-ആൽഡ്രിച്ച്; 99.0%), 1-ബ്യൂട്ടൈൽ-1-മെഥൈൽപൈറോളിഡിനിയം ബിസ് (ട്രിഫ്ലൂറോമെതൈൽസൽഫൊനൈൽ) ഇമൈഡ് (BMP-TFSI; സിഗ്മ-ആൽഡ്രിച്ച്), 9815%; ഒരു ഗ്ലാസ് കുപ്പിയിൽ പിജിഎംഇയുടെ മില്ലി കലർത്തി.മിശ്രിതത്തിലെ [BMP][TFSI], TEOS എന്നിവയ്‌ക്കിടയിലുള്ള മോളാർ അനുപാതം, x, 0.25-നും 2-നും ഇടയിൽ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. Li[TFSI], [BMP][TFSI] എന്നിവയുടെ മോളാർ അനുപാതം 0.33:1 ആയി നിശ്ചയിച്ചു.ഈ അനുപാതങ്ങളിൽ നിന്നാണ് Li[TFSI], [BMP][TFSI] എന്നിവയുടെ അളവ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.ഉദാഹരണത്തിന്, x = 1 ആയിരിക്കുമ്പോൾ, ലായനിയിൽ ചേർത്തിരിക്കുന്ന [BMP][TFSI], Li[TFSI] എന്നിവ യഥാക്രമം 0.97 ഉം 0.22 g ഉം ആയിരുന്നു.മോണോഫാസിക് ലായനികൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് മിശ്രിതങ്ങൾ 1 മിനിറ്റ് കുലുക്കി.യഥാക്രമം 25°C, 50% എന്നിങ്ങനെ താപനിലയും RH% സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്ന താപനിലയും ഈർപ്പവും നിയന്ത്രിത അറയിൽ (SH-641, ESPEC കോർപ്പറേഷൻ) ജെല്ലുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇളക്കാതെ ഈ ലായനികൾ അടച്ച കുപ്പികളിൽ സംഭരിച്ചു.x-നെ ആശ്രയിച്ച്, മിശ്രിതങ്ങൾ വ്യക്തമായ ജെൽ രൂപപ്പെടാൻ ശരാശരി 5 മുതൽ 9 ദിവസം വരെ എടുത്തു.ജീലേഷനുശേഷം, 2.4- മുതൽ 7.4-മില്ലി വരെ ജെൽ ഉള്ള കുപ്പികൾ ആദ്യം 40 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ നാല് ദിവസത്തേക്ക് ചെറുതായി കുറഞ്ഞ മർദ്ദത്തിൽ (80 kPa) ഉണക്കി, തുടർന്ന് 25 ° C താപനിലയിൽ 72 മണിക്കൂർ വാക്വം ഓവനിലേക്ക് മാറ്റി.ശേഷിക്കുന്ന ഈർപ്പം നീക്കം ചെയ്തതിനാൽ, വാക്വം 50 Pa എന്ന പ്രാരംഭ മർദ്ദത്തിൽ നിന്ന് 1 ദിവസത്തിന് ശേഷം 5 Pa എന്ന അന്തിമ സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിലേക്ക് ക്രമേണ കുറഞ്ഞു.വലിയ അളവിലുള്ള വെള്ളവും പിജിഎംഇയും നീക്കം ചെയ്യേണ്ടി വന്നതിനാൽ, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന SCE ഗുളികകൾ യഥാർത്ഥ ജെൽ വോളിയത്തിൻ്റെ 20% (x = 0.5) ൽ നിന്ന് ~50% (x = 2) ആയി ചുരുങ്ങി.തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ജെല്ലുകളുടെ ഭാരം ഒരു സെമിമൈക്രോ ബാലൻസ് (SM 1245Di-C, VWR) ഉപയോഗിച്ച് അളന്നു.

നൈട്രജൻ്റെ കീഴിൽ ഒരു Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) ലാണ് TGA നടത്തിയത്.അളക്കുന്ന സമയത്ത്, സാമ്പിളുകൾ 2 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് / മിനിറ്റിൽ 700 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെ ചൂടാക്കി.ഒരു ട്രാൻസ്മിഷൻ മോഡിൽ 4000 മുതൽ 400 cm−1 വരെയുള്ള തരംഗ സംഖ്യയിൽ ബ്രൂക്കർ വെർട്ടെക്സ് 70 ഉപയോഗിച്ചാണ് FTIR സ്പെക്ട്രോമെട്രി നടത്തിയത്.മൈക്രോമെറിറ്റിക്സ് AccuPyc II 1340 ഉപയോഗിച്ചാണ് അദ്ദേഹം പൈക്നോമെട്രി നടത്തിയത്.

അയോണിക് ചാലകത അളക്കാൻ, ഒരു ആർ-ഫിൽഡ് ഗ്ലോവ് ബോക്സിനുള്ളിൽ (0.1-ppm H2O, 0.1-ppm O2) ഉള്ളിലെ മദർ കുപ്പിയിൽ നിന്ന് SCE യുടെ ഒരു ചെറിയ അളവ് എടുത്തു.ഏകദേശം 23 μl SCE, 4.34-mm അകത്തെ വ്യാസവും 1.57-mm ഉയരവുമുള്ള ഒരു പോളിടെട്രാഫ്ലൂറോഎത്തിലീൻ (PTFE) വളയത്തിൽ നിറച്ച് ഒരു പെല്ലറ്റ് ഉണ്ടാക്കുന്നു.വളയത്തിലെ പെല്ലറ്റ് രണ്ട് സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ (എസ്എസ്) ഡിസ്കുകൾക്കിടയിൽ (0.2 എംഎം കനം; എംടിഐ) സാൻഡ്വിച്ച് ചെയ്തു.1 MHz മുതൽ 1 Hz വരെയുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ 5 mV യുടെ എസി ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് ഉപയോഗിച്ച് PGSTAT302 (Metrohm) ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇംപെഡൻസ് അളവുകൾ നടത്തിയത്.നൈക്വിസ്റ്റ് പ്ലോട്ടുകളിലെ യഥാർത്ഥ അക്ഷത്തോടുകൂടിയ ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഇൻ്റർസെപ്റ്റിൽ നിന്നാണ് അയോൺ കണ്ടക്ടിവിറ്റി (σi) നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.ചാലകത അളക്കലിന് ശേഷം, നാനോ-എസ്‌സിഇ പെല്ലറ്റ് ഗ്ലൗ ബോക്സിൽ കൂടുതൽ ഉണങ്ങാൻ അനുവദിച്ചു.താപനില ആശ്രിതത്വം അളക്കുന്നതിന്, SS/SCE/SS സ്റ്റാക്കുകൾ ഒരു നാണയ സെല്ലിൽ അടച്ചിരിക്കുന്നു.സീൽ ചെയ്തതിനുശേഷം, ചാലകത നിരവധി ദിവസത്തേക്ക് സ്ഥിരമായി തുടർന്നു (അത്തിപ്പഴം S3 കാണുക).പ്രവർത്തന മാധ്യമമായി H2O/എഥിലീൻ ഗ്ലൈക്കോൾ ഉപയോഗിച്ച് തെർമൽ ബാത്ത് ഉള്ള ഒരു തെർമൽ ജാക്കറ്റ് ഉപയോഗിച്ചാണ് കോയിൻ സെല്ലിൻ്റെ താപനില നിയന്ത്രിക്കുന്നത്.സെല്ലുകൾ ആദ്യം ഏകദേശം −15°C ലേക്ക് തണുപ്പിക്കുകയും പിന്നീട് ഘട്ടം ഘട്ടമായി 60°C വരെ ചൂടാക്കുകയും ചെയ്തു.

ഓരോ നാനോ-എസ്‌സിഇ പെല്ലറ്റിൽ നിന്നും ഏകദേശം 23 μl ഒരു വളയത്തിലേക്ക് (4.34-മില്ലീമീറ്റർ ആന്തരിക വ്യാസവും 1.57-മില്ലീമീറ്റർ ഉയരവും) വൈദ്യുത അളവുകൾക്കായി നേരിട്ട് നിയന്ത്രിത ഈർപ്പം ഉള്ള ഒരു N2-നിറഞ്ഞ ഗ്ലോവ് ബോക്സിനുള്ളിൽ കൊണ്ടുവന്നു.SCE ഉള്ള മോതിരം രണ്ട് SS ഡിസ്കുകൾക്കിടയിൽ (0.2 mm കനം; MTI) സാൻഡ്വിച്ച് ചെയ്തു.5 mV യുടെ എസി ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡും 1 MHz മുതൽ 1 Hz വരെയുള്ള ഫ്രീക്വൻസിയും ഉള്ള PGSTAT302 (Metrohm) ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇംപെഡൻസ് അളവുകൾ നടത്തിയത്.സ്ഥിരത കൈവരിക്കുന്നതുവരെ ചാലകത നിരീക്ഷിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് സാമ്പിളുകൾ ഓരോ RH% മൂല്യത്തിലും 48 മണിക്കൂർ സൂക്ഷിച്ചു.തന്നിരിക്കുന്ന RH% മൂല്യത്തിനായുള്ള (σi) സ്ഥിരതയുള്ള അയോണിക് ചാലകത നിർണ്ണയിക്കുന്നത് നൈക്വിസ്റ്റ് പ്ലോട്ടുകളിലെ യഥാർത്ഥ അച്ചുതണ്ടോടുകൂടിയ ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ഇൻ്റർസെപ്റ്റിൽ നിന്നാണ്.

എല്ലാ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ അളവുകളും അനുബന്ധ സാമ്പിൾ തയ്യാറാക്കലും ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്കായി സമർപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ആർഗൺ നിറച്ച ഗ്ലൗ ബോക്സിലാണ് (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2, H2O ലെവലുകൾ) നടത്തിയത്.

Li[BMP][TFSI] ILE ഉള്ളതും ഇല്ലാത്തതുമായ പെല്ലറ്റിൻ്റെ രൂപഘടന 1.5 മുതൽ 2.0 kV വരെയുള്ള തെർമോ ഫിഷർ സയൻ്റിഫിക് അപ്രിയോ ടൂൾ ഉപയോഗിച്ച് SEM ഉപയോഗിച്ച് പരിശോധിച്ചു, അതുവഴി T1, T2 ഡിറ്റക്ടർ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് സമാന്തരമായി ഒരു ഡ്യുവൽ-ഡിറ്റക്ടർ ഇമേജിംഗ് മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. തത്സമയ ഇമേജ് ക്രമീകരണങ്ങൾ, കൂടാതെ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന SEM ഇമേജുകൾ റെക്കോർഡുചെയ്യുന്നതിന് T2 ഡിറ്റക്ടർ ഉപയോഗിച്ചു;സാമ്പിൾ കാർബൺ കണ്ടക്റ്റീവ് ടേപ്പിൽ ഉറപ്പിച്ചു.300 kV യിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന Tecnai ഉപയോഗിച്ചാണ് TEM ചെയ്തത്.

SCE പെല്ലറ്റിൽ നിന്ന് ILE രണ്ട് വ്യത്യസ്ത രീതികളിൽ നീക്കം ചെയ്തു.Li[BMP][TFSI] ILE എക്‌സ്‌ട്രാക്‌റ്റുചെയ്യുന്നതിന് SCE 12 മണിക്കൂർ അസെറ്റോണിൽ മുക്കിയാണ് പോറസ് സിലിക്ക ലഭിക്കാനുള്ള ഒരു ഓപ്ഷൻ.ഈ കഴുകൽ മൂന്ന് തവണ ആവർത്തിച്ചു.എസ്സിഇയെ എത്തനോളിൽ മുക്കിവയ്ക്കുക എന്നതായിരുന്നു മറ്റൊരു ഓപ്ഷൻ.ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ലിക്വിഡ് CO2 ക്രിട്ടിക്കൽ പോയിൻ്റ് ഡ്രയർ ഉപയോഗിച്ച് എത്തനോൾ നീക്കം ചെയ്തു.

സൂപ്പർക്രിട്ടിക്കൽ ഡ്രൈയിംഗിനായി രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചു, അതായത്, ഓട്ടോമെഗാസാംഡ്രി-916 ബി, ടൂസിമിസ് (രീതി 1), ജാസ്കോ കോർപ്പറേഷൻ്റെ ഇഷ്ടാനുസൃതമായി നിർമ്മിച്ച ഉപകരണം (രീതി 2).ആദ്യത്തെ ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, 8 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് താപനില കുറയുന്നതോടെ ഉണക്കൽ ക്രമം ആരംഭിച്ചു.തുടർന്ന്, CO2 ചേമ്പറിലൂടെ ശുദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടു, മർദ്ദം 5.5 MPa ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചു.തുടർന്നുള്ള ഘട്ടത്തിൽ, CO2 41 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് ചൂടാക്കി, മർദ്ദം 10 MPa ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും 5 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് നിലനിർത്തുകയും ചെയ്തു.ഉപസംഹാരമായി, രക്തസ്രാവത്തിൻ്റെ ഘട്ടത്തിൽ, 10 മിനിറ്റിനുള്ളിൽ മർദ്ദം കുറച്ചു.ഇഷ്‌ടാനുസൃത ബിൽറ്റ് ടൂൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, സമാനമായ ഒരു ക്രമം പിന്തുടർന്നു.എന്നിരുന്നാലും, സമയവും സമ്മർദ്ദവും ഗണ്യമായി വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.ശുദ്ധീകരണ ഘട്ടത്തിന് ശേഷം, മർദ്ദം 70 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 12 MPa ആയി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും 5 മുതൽ 6 മണിക്കൂർ വരെ തുടരുകയും ചെയ്തു.തുടർന്ന്, യഥാക്രമം 10, 60, 10 മിനിറ്റ് ഇടവേളകളിൽ മർദ്ദം 12 മുതൽ 7 MPa വരെയും 7 മുതൽ 3 MPa വരെയും 3 മുതൽ 0 MPa വരെയും കുറഞ്ഞു.

നൈട്രജൻ ഫിസിസോർപ്ഷൻ ഐസോതെർമുകൾ T = 77 K-ൽ ഒരു Micromeritics 3Flex ഉപരിതല സ്വഭാവ അനലൈസർ ഉപയോഗിച്ച് അളന്നു.ലഭിച്ച പോറസ് സിലിക്ക പിന്നീട് 8 മണിക്കൂർ 100 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 0.1-എംബാർ വാക്വമിന് കീഴിൽ വാതകം പുറത്തെടുത്തു.സൂപ്പർ ക്രിട്ടിക്കൽ ഡ്രൈയിംഗിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ പോറസ് സിലിക്ക 18 മണിക്കൂർ 120 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 0.1 എംബാർ വാക്വമിന് കീഴിൽ വാതകം പുറന്തള്ളപ്പെട്ടു.അതിനുശേഷം, മൈക്രോമെറിറ്റിക്സ് ട്രൈസ്റ്റാർ 3000 ഓട്ടോമേറ്റഡ് ഗ്യാസ് അഡ്‌സോർപ്ഷൻ അനലൈസർ ഉപയോഗിച്ച് T = 77 K-ൽ നൈട്രജൻ ഫിസിസോർപ്ഷൻ ഐസോതെർമുകൾ അളന്നു.

ഒരു JEOL JNM-ECX400 ഉപയോഗിച്ചാണ് PFG-NMR അളവുകൾ നടത്തിയത്.ഡിഫ്യൂഷൻ അളവുകൾക്കായി ഉത്തേജിതമായ എക്കോ പൾസ് സീക്വൻസ് ഉപയോഗിച്ചു.നോർമലൈസ്ഡ് എക്കോ സിഗ്നൽ അറ്റൻവേഷൻ, E, സമവാക്യത്തിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്നു (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1)ഇവിടെ g എന്നത് ഗ്രേഡിയൻ്റ് പൾസിൻ്റെ ശക്തിയാണ്, δ എന്നത് ഗ്രേഡിയൻ്റിൻ്റെ ദൈർഘ്യമാണ്. പൾസ്, ∆ എന്നത് ഗ്രേഡിയൻ്റ് പൾസുകളുടെ മുൻവശത്തെ അരികുകൾക്കിടയിലുള്ള ഇടവേളയാണ്, γ എന്നത് കാന്തിക അനുപാതമാണ്, D എന്നത് തന്മാത്രകളുടെ സ്വയം വ്യാപന ഗുണകമാണ്.Eq ഉപയോഗിച്ച് ∆ മാറ്റുന്നതിലൂടെ ലഭിച്ച എക്കോ സിഗ്നലുകൾ ഘടിപ്പിച്ചാണ് സ്വയം വ്യാപന ഗുണകങ്ങൾ കണക്കാക്കുന്നത്.1. ലിഥിയം അയോണിൻ്റെ ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് നിർണ്ണയിക്കാൻ 7Li തിരഞ്ഞെടുത്തു.എല്ലാ അളവുകളും 30 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ചെയ്തു.

458-എൻഎം ലേസർ എക്‌സിറ്റേഷൻ ലൈറ്റിലേക്ക് ട്യൂൺ ചെയ്യാൻ കഴിവുള്ള ആർഗൺ അയോൺ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ഒരു ഭവനനിർമ്മാണ സംവിധാനമാണ് രാമൻ സ്പെക്‌ട്രോസ്കോപ്പി സജ്ജീകരണം, അത് വിപരീത ഒളിമ്പസ് IX71 മൈക്രോസ്കോപ്പിലേക്ക് ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഒരു ട്രൈവിസ്റ്റ ട്രിപ്പിൾ സ്പെക്ട്രോമീറ്റർ സജ്ജീകരണത്തിലൂടെ ബാക്ക്-ചിതറിയ പ്രകാശം കടത്തിവിട്ടു (പ്രിൻസ്ടൺ ഇൻസ്ട്രുമെൻ്റ്സ് ), ലിക്വിഡ് നൈട്രജൻ-കൂൾഡ് ചാർജ്-കപ്പിൾഡ് ഉപകരണ ക്യാമറ ഉപയോഗിച്ച് കണ്ടെത്തുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകൾ ചിതറിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചു.ഈ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിലെ ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ആഗിരണം കണക്കിലെടുത്ത്, ലേസർ ചൂടാക്കൽ ഒഴിവാക്കാൻ താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ലേസർ ശക്തികൾ ഉപയോഗിച്ചു (<100 W·cm−2).

DFT ഗ്രൗണ്ട്-സ്റ്റേറ്റ് ജ്യാമിതി ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും അനലിറ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കണക്കുകൂട്ടലുകളും ജനപ്രിയ B3LYP ഹൈബ്രിഡ് ഫംഗ്ഷണലും 6-311++G** അടിസ്ഥാന സെറ്റും ഉപയോഗിച്ചു, ബെക്കെ-ജോൺസൺ ഡാംപിംഗ് സ്കീമിനൊപ്പം (D3BJ) ഗ്രിമ്മിൻ്റെ ആറ്റം-പെയർവൈസ് ഡിസ്പർഷൻ തിരുത്തൽ (39) ഉപയോഗിച്ച്. ORCA 3.0.3 (40)-ൽ നടപ്പിലാക്കി.ORCA ഉപയോഗിച്ച് രാമൻ സ്പെക്ട്ര അനുകരിക്കപ്പെട്ടു, കൂടാതെ ORCA- പിന്തുണയുള്ള അപ്‌ഡേറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് അവഗാഡ്രോ സോഫ്റ്റ്‌വെയർ പാക്കേജ് (41) ഉപയോഗിച്ച് തന്മാത്രാ ഗുണങ്ങളുടെ ദൃശ്യവൽക്കരണം സാധ്യമാക്കി.

എല്ലാ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ അളവുകളും അനുബന്ധ സാമ്പിൾ തയ്യാറാക്കലും ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്കായി സമർപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ആർഗൺ നിറച്ച ഗ്ലൗ ബോക്സിലാണ് (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2, H2O ലെവലുകൾ) നടത്തിയത്.കൌണ്ടർ ഇലക്ട്രോഡ് പോലെ ഒരു ചെമ്പ് പ്ലേറ്റിൽ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഒരു ലി റിബണിൽ (സിഗ്മ-ആൽഡ്രിച്ച്; 99.9%) എസ്സിഇ പെല്ലറ്റ് സ്ഥാപിച്ചു, റഫറൻസിനും പ്രവർത്തനത്തിനുമായി എസ്സിഇ പെല്ലറ്റിന് മുകളിൽ രണ്ട് പഞ്ച്ഡ് ഔട്ട് ലി ഡിസ്കുകൾ (5-എംഎം വ്യാസം) സ്ഥാപിച്ചു. ഇലക്ട്രോഡുകൾ.സജ്ജീകരണം ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.S7.ലിഥിയം റഫറൻസും വർക്കിംഗ് ഇലക്ട്രോഡുകളുമായി ബന്ധപ്പെടാൻ ഗോൾഡ് പിന്നുകൾ ഉപയോഗിച്ചു.നോവ സോഫ്‌റ്റ്‌വെയറിലൂടെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന PGSTAT302 (Metrohm) ഉപയോഗിച്ചാണ് സൈക്ലിക് വോൾട്ടമെട്രിയും ഇംപെഡൻസ് അളവുകളും നടത്തിയത്.20 mV/s സ്കാൻ റേറ്റ് ഉപയോഗിച്ചാണ് സൈക്ലിക് വോൾട്ടാമെട്രി നടത്തിയത്.5 mV യുടെ എസി ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡും 1 MHz മുതൽ 0.1 Hz വരെയുള്ള ആവൃത്തിയും ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇംപെഡൻസ് അളവുകൾ നടത്തിയത്.

ഒരു 40-nm അനറ്റേസ് TiO2 നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡ് ആറ്റോമിക് ലെയർ ഡിപ്പോസിഷൻ (ALD) വഴി 300-എംഎം സിലിക്കൺ വേഫറിൽ നിക്ഷേപിച്ചു, 40-nm TiN അടിവസ്ത്രവും ALD നിക്ഷേപിച്ചു.ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റുകളിലൂടെ ലി-അയോൺ ചാലകത തെളിയിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മികച്ച ടെസ്റ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡാണ് ഇത്, കാരണം സൈക്ലിങ്ങിൽ TiO2 കെമിക്കൽ ഡിഗ്രേഡേഷനോ മെക്കാനിക്കൽ സമ്മർദ്ദമോ (കാര്യമായ വോളിയം മാറ്റമൊന്നുമില്ല) ബാധിക്കില്ല.Li/SCE/TiO2 സെൽ അളക്കാൻ, ILE-SCEകൾ 4.3 മില്ലിമീറ്റർ വ്യാസവും 0.15 സെൻ്റീമീറ്റർ കനവുമുള്ള PTFE വളയത്തിൽ നിറച്ചു;തുടർന്ന്, മോതിരം ഒരു ലി ഫോയിലിനും TiO2 ഫിലിമിനുമിടയിൽ സാൻഡ്‌വിച്ച് ചെയ്തു.

നാനോ-എസ്‌സിഇ/തിൻ-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡ് ഹാഫ് സ്റ്റാക്കുകൾ, എൽഎംഒ ഇലക്‌ട്രോഡ്, ഇലക്‌ട്രോഡുകളിൽ നാനോ-എസ്‌സിഇ ഫിലിം സമന്വയിപ്പിച്ച് നിർമ്മിച്ചതാണ്.ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫിലിമുകളിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ഗ്ലാസ് വളയത്തിൽ (വ്യാസം, 1.3 എംഎം) 150 μl x = 1.5 ലായനി, 2 ദിവസത്തേക്ക് ഡ്രോപ്പ്-കാസ്റ്റ് ചെയ്തു.മോതിരം പിന്നീട് പാരാഫിലിം ഉപയോഗിച്ച് അടച്ചു, കൂടാതെ 4 ദിവസത്തേക്ക് ജെൽ ചെയ്യാൻ അത്തരമൊരു സീൽ ചെയ്ത കണ്ടെയ്നറിൽ പരിഹാരം സൂക്ഷിച്ചു.രൂപപ്പെട്ട ജെൽ/ഇലക്ട്രോഡ് സ്റ്റാക്ക് ഉണക്കി നാനോ-എസ്സിഇ/ഇലക്ട്രോഡ് സ്റ്റാക്കുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.ഒരു മൈക്രോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് നിർണ്ണയിക്കപ്പെട്ട നാനോ-എസ്സിഇയുടെ കനം 300 μm ആയിരുന്നു.അവസാനമായി, ആനോഡായി നാനോ-എസ്‌സിഇ/ഇലക്‌ട്രോഡ് സ്റ്റാക്കിൽ ലിഥിയം ഫോയിൽ (1.75 എംഎം കനം, 99.9%; സിഗ്മ-ആൽഡ്രിച്ച്) അമർത്തി.100-nm LiMn2O4 (LMO) നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡ് 80-nm Pt (DC സ്പട്ടറിംഗ്)/10-nm TiN (ALD) അടിവസ്‌ത്രങ്ങൾ കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ ഒരു സിലിക്കൺ വേഫറിൽ Ar ഫ്ലോയ്‌ക്ക് കീഴിൽ റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി സ്‌പട്ടറിംഗ് വഴി നിക്ഷേപിച്ചു.ഓക്‌സിജൻ അന്തരീക്ഷത്തിൽ 800 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 20 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് ഈ സ്റ്റാക്ക് അനൽ ചെയ്തു.

LiFePO4 (LFP) ഇലക്ട്രോഡ് ഫിലിമുകൾ ബ്ലേഡ് കോട്ടിംഗ് ഉപയോഗിച്ചാണ് തയ്യാറാക്കിയത്.ആദ്യം, കാർബോക്സിമെതൈൽസെല്ലുലോസ് (സിഎംസി) അടങ്ങിയ ജലീയ ലായനിയിൽ കാർബൺ ബ്ലാക്ക്, എൽഎഫ്പി (2 മുതൽ 3 മൈക്രോമീറ്റർ വരെ) എന്നിവ ചേർത്ത് ഒരു മിശ്രിതം രൂപപ്പെടുത്തുകയും പിന്നീട് ഒരു പ്ലാനറ്ററി മിക്സർ ഉപയോഗിച്ച് ഏകീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്തു.തുടർന്ന്, ഏകീകൃത ഉൽപ്പന്നം ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളവും ഫ്ലൂറിനേറ്റഡ് അക്രിലിക് ലാറ്റക്സും (JSR, TRD202A) ഒരു വാക്വം മിക്സറിൽ കലർത്തി ഇലക്ട്രോഡ് കോട്ടിംഗിനായി ഒരു സ്ലറി ഉണ്ടാക്കി.ബ്ലേഡ് കോട്ടർ ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോഡ് ഫിലിമുകൾ നിക്ഷേപിക്കുന്നതിനായി തയ്യാറാക്കിയ സ്ലറി അലുമിനിയം ഫോയിലുകളിൽ ഇട്ടു.ഈ പൂശിയ വെറ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ 10 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് 70 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ നിശ്ചലമായ വായു ഉള്ള ഒരു അന്തരീക്ഷ ഓവനിൽ പ്രെഡ്രൈഡ് ചെയ്യുകയും 140 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ 4 മണിക്കൂർ വാക്വം ഓവനിൽ ഉണക്കുകയും ചെയ്തു.ഉണക്കിയ ഇലക്ട്രോഡ് ഫിലിമുകളിൽ 91 wt % LiFePO4, 3 wt % കാർബൺ ബ്ലാക്ക്, 2 wt % CMC, 4 wt % TRD202A എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.ഫിലിം കനം 30 μm ആണ് (ഒരു മൈക്രോമീറ്ററും സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പും ഉപയോഗിച്ച് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്).

Li4Ti5O12 (LTO) ഇലക്‌ട്രോഡ് ഫിലിമുകൾ അതേ രീതിയിൽ കോപ്പർ ഫോയിലുകളിൽ നിർമ്മിച്ചു.ഉണക്കിയ ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ഘടന 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % കാർബൺ ബ്ലാക്ക്, 5 wt % CMC, 5 wt % ഫ്ലൂറിനേറ്റഡ് അക്രിലിക് ലാറ്റക്സ് (TRD2001A) എന്നിവയാണ്.ഫിലിം കനം 40 μm ആണ്.

SCE യുടെ പരിഹാരം കണിക അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള LFP, LTO ഇലക്ട്രോഡ് ഫിലിമിൽ ഡ്രോപ്പ്-കാസ്‌റ്റ് ചെയ്‌തു.ആദ്യം, 100 μl x = 1.5 ലായനി, 2 ദിവസം പഴക്കമുള്ള ഒരു ഇലക്‌ട്രോഡ് ഫിലിമിൽ ഡ്രോപ്പ്-കാസ്‌റ്റ് ചെയ്‌തു, 15 മില്ലിമീറ്റർ വ്യാസമുള്ള, ഒരു കോയിൻ സെല്ലിൽ (#2032, MTI).ഇംപ്രെഗ്നേറ്റഡ് എസ്‌സിഇ ജെൽ ചെയ്ത ശേഷം, നാനോ-എസ്‌സിഇയും ഇലക്‌ട്രോഡ് സ്റ്റാക്കും നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി ഫിലിം ഒരു വാക്വം ഓവനിൽ (<5 × 10−2 mbar) 72 മണിക്കൂർ 25 ° C ൽ ഉണക്കി.നാനോ-എസ്സിഇ കനം 380 μm ആയിരുന്നു.അവസാനമായി, ആനോഡായി SCE/ഇലക്ട്രോഡ് സ്റ്റാക്കുകളിൽ ഒരു ലിഥിയം ഫോയിൽ അമർത്തി, നാണയകോശം അടച്ചു.ഊഷ്മാവിൽ സോളാർട്രോൺ 1470E പൊട്ടൻഷിയോസ്റ്റാറ്റ് ഉപയോഗിച്ചാണ് ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ അളവുകൾ നടത്തിയത്.

ഈ ലേഖനത്തിനായുള്ള അനുബന്ധ സാമഗ്രികൾ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1 എന്നതിൽ ലഭ്യമാണ്

പട്ടിക S1.അയോണിക് ദ്രാവകത്തിൻ്റെ മോളാർ അംശം സിലിക്കയിലേക്ക് (x മൂല്യം) വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് നാനോ-എസ്‌സിഇയിലെ സിലിക്ക മാട്രിക്‌സിൻ്റെ ഘടനാപരമായ ഗുണങ്ങൾ N2 അഡ്‌സോർപ്‌ഷൻ/ഡിസോർപ്‌ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ BET അളവുകൾ, TEM നിരീക്ഷണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ നിന്ന് നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു.

ക്രിയേറ്റീവ് കോമൺസ് ആട്രിബ്യൂഷൻ-നോൺ-കൊമേഴ്‌സ്യൽ ലൈസൻസിൻ്റെ നിബന്ധനകൾക്ക് കീഴിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഒരു ഓപ്പൺ-ആക്‌സസ് ലേഖനമാണിത്, ഏത് മാധ്യമത്തിലും ഉപയോഗവും വിതരണവും പുനർനിർമ്മാണവും അനുവദിക്കുന്നു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഉപയോഗം വാണിജ്യപരമായ നേട്ടത്തിന് വേണ്ടിയല്ല, യഥാർത്ഥ സൃഷ്ടി ശരിയായിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ. ഉദ്ധരിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ശ്രദ്ധിക്കുക: ഞങ്ങൾ നിങ്ങളുടെ ഇമെയിൽ വിലാസം മാത്രം അഭ്യർത്ഥിക്കുന്നു, അതുവഴി നിങ്ങൾ പേജ് ശുപാർശ ചെയ്യുന്ന വ്യക്തിക്ക് അവർ അത് കാണണമെന്ന് നിങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നുവെന്നും അത് ജങ്ക് മെയിലല്ലെന്നും മനസ്സിലാക്കും.ഞങ്ങൾ ഒരു ഇമെയിൽ വിലാസവും ക്യാപ്‌ചർ ചെയ്യുന്നില്ല.

നിങ്ങൾ ഒരു മനുഷ്യ സന്ദർശകനാണോ അല്ലയോ എന്ന് പരിശോധിക്കുന്നതിനും സ്വയമേവയുള്ള സ്പാം സമർപ്പിക്കലുകൾ തടയുന്നതിനുമുള്ളതാണ് ഈ ചോദ്യം.

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, P Mackhilipen M,ree.

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, P Mackhilipen M,ree.

© 2020 അമേരിക്കൻ അസോസിയേഷൻ ഫോർ ദി അഡ്വാൻസ്‌മെൻ്റ് ഓഫ് സയൻസ്.എല്ലാ അവകാശങ്ങളും നിക്ഷിപ്തം.HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef, COUNTER എന്നിവയുടെ പങ്കാളിയാണ് AAAS. സയൻസ് അഡ്വാൻസസ് ISSN 2375-2548.