စီလီကာဂျယ် အခဲ nanocomposite electrolytes သည် ionic liquid electrolyte filler ၏ အိုင်ယွန်းအမြောက်အများ Li-ion conductivity ကို ကျော်လွန်၍ interfacial conductivity မြှင့်တင်မှုနှင့်အတူ၊

Solid-state Li-ion ဘက်ထရီများသို့ ကူးပြောင်းခြင်းသည် စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆ 1000 W·hour/liter နှင့် ထို့ထက်ပို၍ တိုးတက်မှုရှိစေမည်ဖြစ်သည်။မပြိုကွဲနိုင်သော အိုင်ယွန်းနစ်အရည် အီလက်ထရိုက်ဖြည့်ပစ္စည်းများဖြင့် ပြည့်နေသော mesoporous oxide matrix ၏ ပေါင်းစပ်များကို အစိုင်အခဲ electrolyte ရွေးချယ်မှုအဖြစ် စူးစမ်းရှာဖွေခဲ့သည်။သို့သော်၊ နာနိုမီတာအရွယ်ရှိ ချွေးပေါက်များအတွင်း ရိုးရှင်းသော အီလက်ထရွန်းအရည်များကို ချုပ်နှောင်ထားခြင်းကြောင့် ပျစ်ဆိမ့်မှု တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်မှု လျော့နည်းစေသည်။ဤနေရာတွင်၊ အိုင်ယွန်အရည် အီလက်ထရိုလစ်ဖြည့်ထည့်သည့် mesoporous silica monolith ပါ၀င်သော nanocomposites ၏ Li-ion conductivity သည် interfacial ice layer ၏ နိဒါန်းတွင် ionic အရည် electrolyte ထက် အဆများစွာ မြင့်မားနိုင်ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ သရုပ်ပြပါသည်။ပြင်းထန်သော စုပ်ယူမှုနှင့် အိုင်းယွန်းအရည်မော်လီကျူးများ၏ စီစဥ်မှုသည် ၎င်းတို့ကို ရွေ့လျားနိုင်စေပြီး မျက်နှာဖုံးရေခဲအလွှာ၏ အစိုင်အခဲကဲ့သို့ ဖြစ်စေသည်။adsorbate mesophase အလွှာအပေါ်ရှိ dipole သည် ပိုမိုကောင်းမွန်သော conduction အတွက် Li+ ions ကို ဖြေရှင်းပေးသည်။အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးမှုကို မြှင့်တင်ခြင်း၏ သရုပ်ပြမူကို မတူညီသော အိုင်းယွန်းစနစ်များတွင် အသုံးချနိုင်သည်။

Solid-state electrolytes များသည် လက်ရှိရရှိနိုင်သော cathode နှင့် anode ဓာတုဗေဒဘာသာရပ်များတွင် ပြဌာန်းထားသော လက်တွေ့မျက်နှာကျက် 800 W·hour/litre သို့မဟုတ် 300 W·hour/kg ထက် ပိုမိုအားကောင်းလာစေရန် Li-ion ဘက်ထရီများအတွက် နောက်ထပ် အားကောင်းလာစေရန် မျှော်လင့်ပါသည်။အစိုင်အခဲ-စတိတ်ဘက်ထရီများအတွက် စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆ တိုးလာမှုသည် ဆဲလ်အတွင်းရှိ တက်ကြွသောပစ္စည်း၏ ထုထည်ရာခိုင်နှုန်းကို တိုးမြှင့်ရန် ရည်ရွယ်သည့် ပံ့ပိုးမှုများစွာမှ လာပါသည်။လူသိအများဆုံးမှာ ဂရပ်ဖိုက်နှင့် ဂရပ်ဖိုက်/ဆီလီကွန်ကို anode အဖြစ်အစားထိုးရန်အတွက် လစ်သီယမ်သတ္တုကို မိတ်ဆက်ခြင်းဖြစ်သည်။သန့်စင်သော လီသီယမ်သတ္တုသည် စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆ အများဆုံးဖြစ်နိုင်သောကြောင့် နေရာအနည်းဆုံးလိုအပ်ပါသည်။သို့သော်လည်း၊ လီသီယမ်သတ္တု၏ နောက်ပြန်မဆုတ်နိုင်သော တုံ့ပြန်မှု (ထို့ကြောင့် သုံးစွဲမှု)၊ dendrite ဖွဲ့စည်းမှု၊ planar lithium foils အတွက် ထိရောက်သော လက်ရှိသိပ်သည်းဆတိုးလာမှုကဲ့သို့သော ပြဿနာများစွာကို ဖြေရှင်းရန် လိုအပ်နေသေးသည်၊၊ အနည်းဆုံးတော့ လစ်သီယမ်၏ “ပျောက်ကွယ်ခြင်း” သည် စွန့်ထုတ်ခြင်း (deplating) နှင့် ထို့ကြောင့် အစိုင်အခဲ electrolyte နှင့် အဆက်အသွယ် ဆုံးရှုံးခြင်း ဖြစ်သည်။ကြွေထည်အစိုင်အခဲ အီလက်ထရောလစ်များ၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ တောင့်တင်းသောသဘောသဘာဝသည် အမှန်တကယ်တွင် သုညလိုက်နာမှုမရှိဘဲ၊ လီသီယမ်အား အစိုင်အခဲ အီလက်ထရိုလစ်အစိတ်အပိုင်းနှင့် တင်းတင်းကြပ်ကြပ်ဖိရန် လွန်ကဲသောဖိအားများကို အသုံးချရန် လိုအပ်သည်။သီးခြားဖိအားအမှတ်များသည် ထိရောက်သောမျက်နှာပြင်ဧရိယာကို ပို၍နိမ့်ကျစေပြီး ဒေသဆိုင်ရာ dendrite ဖွဲ့စည်းမှုနှင့် ပွက်ပွက်ဆူနေသော အနည်အနှစ်များကို ဖြစ်စေသည်။ပိုလီမာအီလက်ထရောနစ်များသည် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာအရ ပိုမိုကိုက်ညီသော်လည်း အခန်းအပူချိန်တွင် လုံလောက်သော အိုင်ယွန်စီးကူးနိုင်စွမ်းကို မပြသနိုင်သေးပါ။ဤကိစ္စနှင့်စပ်လျဉ်း၍ အလွန်စိတ်ဝင်စားဖွယ်ကောင်းသော ပစ္စည်းအသစ်များမှာ silica gel electrolytes ဖြစ်ပြီး၊ "ionogels" ဟုလည်း ရည်ညွှန်းခံထားရသော၊ ionic liquid electrolyte (ILE) ကို နာနိုပိုဆန်သော silica matrix (1) တွင် ချုပ်နှောင်ထားသည်။silica matrix ၏ အလွန်မြင့်မားသော porosity (70 မှ 90%) သည် အဆိုပါ nanocomposite electrolyte ပစ္စည်းများကို gel-like လိုက်လျောညီထွေဖြစ်စေပြီး ၎င်းတို့အား ပေါ်လီမာအီလက်ထရွန်းနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာအရ လိုက်လျောညီထွေဖြစ်စေသည်။ဤဆီလီကာဂျယ်များသည် အရည်တစ်မျိုးပါဝင်သောကြောင့် တစ်ခါတစ်ရံတွင် ဟိုက်ဘရစ်အစိုင်အခဲအီလက်ထရွန်းများအဖြစ် ညွှန်ပြကြသည်။သို့သော်၊ ဤစာတမ်းတွင်ဖော်ပြထားသည့်အတိုင်း silica nanocomposites များအတွက်၊ ionic "liquid" electrolyte သည် ပျစ်ဆွတ်တိုးလာခြင်းနှင့် ဆီလီကာနံရံတွင် စုပ်ယူမှုတို့ကြောင့် နာနိုမီတာအရွယ် ချန်နယ်ဆယ်ဂဏန်းတွင် ချုပ်နှောင်ထားသောအခါတွင် အစိုင်အခဲကဲ့သို့ ဖြစ်လာသည်။ ချန်နယ်။စီလီကာမက်ထရစ်သည် အပေါက်များကို ခွဲထုတ်သည့်အရာအဖြစ်သာ လုပ်ဆောင်ပါက၊ အကျဉ်းကျနေသော အရည်အီလက်ထရွန်းအတွက် ပျစ်ဆိန်တိုးလာခြင်းသည် အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို လျော့ကျသွားစေမည်ဖြစ်သည်။ယင်းအစား၊ ILE မော်လီကျူးများနှင့် စီလီကာ ချွေးပေါက်နံရံကြား အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုသည် နာနိုကွန်ပဆိုဒ်၏ ဂုဏ်သတ္တိများကို ၎င်း၏အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုချင်းစီ၏ ပေါင်းလဒ်များနှင့် ကွဲပြားစေသည်။အထူအနည်းငယ်ရှိသော နာနိုမီတာအထိ အစိုင်အခဲ mesophase အလွှာများဖွဲ့စည်းခြင်းဖြင့် အောက်ဆိုဒ်ရှိ အိုင်အိုနစ်အရည်များကို စုပ်ယူမှုကို atomic force microscopy (2) ဖြင့် မျဉ်းနားမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ပြသထားသည်။အောက်ဆိုဒ်မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ ionic အရည် anions နှင့် cations များကို ရွေးချယ်စုပ်ယူခြင်းသည် အဆိုပါ interface များတစ်လျှောက် Li+ conductivity ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေပါသည်။ဟုတ်ပါတယ်၊ အောက်ဆိုဒ် အင်တာဖေ့စ်တလျှောက် မြှင့်တင်မှုသည် ချွေးပေါက်၏အူတိုင်ရှိ ILE မှတဆင့် ကျဆင်းသွားသော လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို လျော်ကြေးပေးရန် သို့မဟုတ်ပင် ကျော်လွန်ရမည်ဖြစ်သည်။ထို့ကြောင့် သေးငယ်သော ချွေးပေါက် အရွယ်အစားနှင့် မျက်နှာပြင်-မှ ထုထည် အချိုးများကို လိုချင်ပါသည်။ယခုအချိန်အထိ ILE ၏ အနီးနားရှိ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိသော ionogels များသည် mesoporous တည်ဆောက်ပုံ (၃) ကို ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် သရုပ်ပြခဲ့သည်။ဆိုလိုသည်မှာ အင်တာဖေ့စ် အဆင့်မြှင့်တင်မှုသည် ရှိနှင့်ပြီးဖြစ်သော်လည်း အစုလိုက်အပြုံလိုက် ကူးယူနိုင်မှု လွန်ကဲသည့်အတိုင်းအတာအထိ မဟုတ်ပါ။

ionogels ၏ပြင်ဆင်မှုသည် oxide matrix (4, 5) ၏ပေါင်းစပ်မှုအတွက် sol-gel ရှေ့ပြေးအဖြေတစ်ခုသို့ ILE ကို ပေါင်းထည့်သည့် တစ်သားတည်းရှိသော အရည်အရောအနှောမှ စတင်သည်။ဤနည်းလမ်းတွင်၊ ILE နှင့် matrix တို့သည် "in situ" ပုံစံဖြင့် ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းသည်- ဖြေရှင်းချက်ရှိ ရှေ့ပြေးအရာများသည် အိုင်အိုနစ်အရည်ပုံစံပြားတစ်ဝိုက်တွင် အောက်ဆိုဒ်မက်ထရစ်အဖြစ် တုံ့ပြန်ပြီး ၎င်းကို လုပ်ငန်းစဉ်တွင် ဖုံးအုပ်ထားသည်။အချို့သောပေါင်းစပ်မှုအခြေအနေများအောက်တွင်၊ ပြင်ဆင်ထားသော ILE-SCE (အစိုင်အခဲပေါင်းစပ်လျှပ်စစ်) သည် စဉ်ဆက်မပြတ် mesoporous inorganic oxide ကွန်ရက်တွင်ထည့်သွင်းထားသော ILE နှင့်အတူ monolith ပုံစံဖြစ်နိုင်သည်။ဥပမာအားဖြင့် Alumina (6)၊ titania (7) နှင့် tin oxide (8) တို့ကိုပင် ပြုလုပ်ထားသော်လည်း အများစုမှာ ဆီလီကာအခြေခံ ILE-SCE များကို ဤနည်းဖြင့် ပြင်ဆင်ထားပါသည်။အစီရင်ခံထားသော ဆိုးလ်ဂျယ်ဖော်မြူလာများတွင် အများစုတွင် စီလီကာရှေ့ပြေးအဖြစ် tetraethyl orthosilicate (TEOS) ကဲ့သို့သော အယ်လ်ကေးဆီလီကိတ်တစ်ခု၊ နှင့် ဖော်မ့်အက်ဆစ်ကဲ့သို့ ဓာတ်ပစ္စည်းများနှင့် ပျော်ဝင်ရည်အဖြစ် ပါဝင်သည် (၉၊ ၁၀)။ဤ sol-gel လုပ်ငန်းစဉ်အတွက် အဆိုပြုထားသော ယန္တရား (11) အရ၊ silica သည် TEOS နှင့် formic acid အကြား တုံ့ပြန်မှုအားဖြင့် အဓိကအားဖြင့် sol-gel လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ရေကိုထုတ်ပေးသော်လည်း၊ဤဖွဲ့စည်းပုံအက်ဆစ်အခြေခံ "မဟုတ်သော" အရောအနှောများအပြင်၊ ဓာတ်ကူပစ္စည်းအဖြစ် HCl ပါသည့် sol-gel ဖော်မြူလာများနှင့် H2O ဓါတ်ကူပစ္စည်း (အပေါင်းအော်ဂဲနစ်ပျော်ဝင်မှု) အဖြစ်လည်း ဖော်ပြထားပါသည်။ ionic အရည် (12-15) သာ။

ပုံမှန်အားဖြင့်၊ အိုင်အိုနိုဂယ်များသည် ILE ရည်ညွှန်းချက်ထက် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို ပြသသည်။အိုင်အိုနိုဂျယ်များ၏ ပထမမျိုးဆက်တွင် အခန်းအပူချိန် လျှပ်ကူးနိုင်မှုမှာ ပုံမှန်အားဖြင့် ILE တန်ဖိုး၏ 30 မှ 50% ခန့်သာ ရှိသော်လည်း အချို့သော ဥပမာများ 80% အထိ ရောက်ရှိသွားသည် (9၊ 10၊ 16၊ 17)။ILE အကြောင်းအရာ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုနှင့် ionogel လျှပ်ကူးနိုင်မှုအပေါ် ထွက်ပေါ်လာသော ချွေးပေါက်ပုံသဏ္ဍာန်ကို အသေးစိတ် စုံစမ်းစစ်ဆေးပြီးပြီ (၃)။သို့သော်၊ အင်တာဖေ့စ် မြှင့်တင်မှု အကျိုးသက်ရောက်မှုများကို စနစ်တကျ လေ့လာခြင်း မရှိပေ။Wu et al ။(18) ILE အစုလိုက်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း မြှင့်တင်ပေးသည့် in situ functionalized ionogel တစ်ခုအကြောင်း မကြာသေးမီက အစီရင်ခံတင်ပြခဲ့ပါသည်။ပိုမိုကောင်းမွန်လာခြင်းသည် စီလီကာမျက်နှာပြင်ရှိ anion နှင့် 3-glycidyloxypropyl functional group အကြား အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုကြောင့်ဟု ယူဆပါသည်။ဤရှာဖွေတွေ့ရှိမှုသည် မျက်နှာပြင်လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းသည် အင်တာဖေ့စ်အကူးအပြောင်းကို အမှန်တကယ်မြှင့်တင်ပေးနိုင်သည်ဟူသော အယူအဆကို ထောက်ခံပါသည်။

ဤလုပ်ငန်းတွင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် silica ပေါ်ရှိ အစိုင်အခဲရေခဲအလွှာဖွဲ့စည်းပုံနှင့် မျက်နှာပြင်ရေခဲမျက်နှာပြင်ကြားတွင် dipole အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုတိုးလာခြင်းဖြင့် silica ပေါ်ရှိ ရေခဲရေအလွှာကို သရုပ်ပြပြီး မျက်နှာပြင်ရေခဲ၏လုပ်ဆောင်မှုဆိုင်ရာအလွှာနှင့် စုပ်ယူထားသော ionic အရည် mesophase အလွှာကြားတွင် dipole အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှု တိုးမြင့်လာသောကြောင့်ဖြစ်သည်။မြင့်မားသောအတွင်းမျက်နှာပြင်ဧရိယာနှင့် ထူထပ်သောရေခဲများလုပ်ဆောင်နိုင်သောအလွှာကို ပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့်၊ ILE အများအပြားရည်ညွှန်းချက်ထက် 200% ပိုမိုမြင့်မားသော Li-ion conductivity ရှိသော အစိုင်အခဲ nanocomposite electrolytes (nano-SCE) ကို ရရှိခဲ့ပါသည်။silica matrix တွင် pore volumes နှင့် မျက်နှာပြင်ဧရိယာများ 90% နှင့် 1400 m2/g အထိရှိသော စစ်မှန်သော monolithic mesoporous တည်ဆောက်ပုံကို ပြသထားပြီး၊ ထို့ကြောင့် အဆိုပါ interfaces တစ်လျှောက် conduction တိုးမြှင့်မှုကို ကြီးမားသော ပံ့ပိုးမှုပေးနိုင်သော လွန်ကဲသော မျက်နှာပြင်မှ ထုထည်အချိုးများကို ပံ့ပိုးပေးပါသည်။မျက်နှာပြင်မှ ထုထည်အချိုးကို တိုးမြှင့်ခြင်းဖြင့် ဆီလီကာမျက်နှာပြင်၏ အကောင်းဆုံးလုပ်ဆောင်နိုင်မှုဖြင့်၊ 10 mS/cm ထက်ကျော်လွန်သော အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိသော nano-SCE သည် အင်ဂျင်နီယာဖြစ်နိုင်ချေရှိပြီး မော်တော်ယာဥ်အသုံးပြုမှုများအတွက် စွမ်းရည်ကြီးမားသော ဘက်ထရီများအတွက် အလွန်ဆွဲဆောင်မှုရှိပါသည်။

ကျွန်ုပ်တို့၏စာတမ်း၏အာရုံမှာ Raman၊ Fourier transform infrared (FTIR) နှင့် nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy တို့မှ အထောက်အထားများဖြင့် mesophase အလွှာဖွဲ့စည်းခြင်းမှတဆင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော ကြားခံလျှပ်ကူးနိုင်မှုယန္တရားအပေါ် အာရုံစိုက်ပါသည်။မြင့်မားသောဗို့အားများတွင် ကျွန်ုပ်တို့၏ nano-SCE ပစ္စည်း၏ ကြားခံတည်ငြိမ်မှုကို ပါးလွှာသောဖလင် လီသီယမ်မန်းဂနိစ်အောက်ဆိုဒ် (LMO) လျှပ်ကူးပစ္စည်းကို အသုံးပြု၍ ပြသထားသည်။ဤနည်းအားဖြင့်၊ လျှပ်ကူးပစ္စည်း ပေါင်းစပ်မှုနှင့် ဆဲလ်များ တပ်ဆင်ခြင်းဆိုင်ရာ ပြဿနာများထက် ပစ္စည်းများအပေါ် အာရုံစူးစိုက်ထားသည်။ထို့အတူ၊ လစ်သီယမ်သတ္တုပြားများနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက် လျှပ်စစ်ဓာတ်ပြတင်းပေါက်နှင့် တည်ငြိမ်မှုကို အပြည့်အဝ သွင်ပြင်လက္ခဏာရှိသည်။ကျွန်ုပ်တို့၏ နာနို-SCE ၏ လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းနှင့် ပေါင်းစပ်မှုကို လီသီယမ်သံဖော့စဖိတ် (LFP) နှင့် လီသီယမ် တိုက်တေနိတ် (LTO) ဆဲလ်များ၏ တပ်ဆင်မှုနှင့် စွမ်းဆောင်ရည်စမ်းသပ်မှုများမှတစ်ဆင့် သရုပ်ပြသည်။ကျွန်ုပ်တို့၏ electrolyte ၏တည်ငြိမ်မှုနှင့် ရေခဲရေ၏ electrochemical လှုပ်ရှားမှုမရှိခြင်းကို အချိုးညီသော Li-SCE-Li ဆဲလ်များ၏ ရေရှည်စက်ဘီးစီးခြင်းဖြင့် ပြသခဲ့သည်။စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆ၊ နှုန်းထားစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် အပြည့်အဝစုဝေးနေသောဆဲလ်များ၏ စက်ဘီးစီးခြင်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းသည် နောက်ဆက်တွဲစာတမ်းများ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုဖြစ်လိမ့်မည် (၁၉၊ ၂၀)။

နှစ်ဆင့်ပေါင်းစပ်စနစ်များတွင် Interfacial ion conductivity မြှင့်တင်ခြင်းကို နှစ် 90 နီးပါး (21) နီးပါးလူသိများသည်။ဥပမာအားဖြင့်၊ လီသီယမ်ဆား အီလက်ထရောနစ် (22) ကဲ့သို့ လီသီယမ်အိုင်အိုဒိုက်ကဲ့သို့ ရိုးရှင်းသော လီသီယမ်ဆား၏ ပေါင်းစပ်မှုများအတွက် အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်မှု တိုးလာစေရန် အစီအစဥ်လေးခုအထိ ပြသထားသည်။ဤ SCEs များရှိ အိုင်းယွန်းများသည် အောက်ဆိုဒ်/အီလက်ထရိုလိတ်ကြားခံတွင် ဖွဲ့စည်းထားသော Li ion-depleted (သို့မဟုတ် vacancy-rich) လျှပ်စစ်နှစ်ထပ်အလွှာတစ်လျှောက် ပိုမိုမြန်ဆန်စွာ ပျံ့နှံ့နိုင်သည်။ကံမကောင်းစွာပဲ၊ ဤရိုးရှင်းသော အစိတ်အပိုင်းနှစ်ခုဖြစ်သော inorganic အစိုင်အခဲ-အစိုင်အခဲပေါင်းစပ်မှု (1) တွင်ရရှိသော ion conductivity သည် Li-ion ဘက်ထရီအတွင်းရှိ ရာဂဏန်း-မိုက်ခရိုမီတာအကွာအဝေးကို ပေါင်းကူးရန်အတွက် လိုအပ်သော 1-mS/cm2 အတိုင်းအတာထက် မကျော်လွန်ပါ။ .အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို အင်ဂျင်နီယာချုပ်ရန် အောက်ဆိုဒ်မက်ထရစ်ဖြင့် ကွဲပြားသော doping အယူအဆကို ပိုလီမာအီလက်ထရောနစ် (23) နှင့် ILE (24) တို့အတွက်လည်း စတင်စူးစမ်းလေ့လာခဲ့သည်။ထို့အပြင်၊ တတိယအစိတ်အပိုင်း၏ ကြွယ်ဝသော မော်လီကျူး (စတီရီယို) ဓာတုဗေဒသည် (ဒီ) ဝင်ရိုးစွန်းမှ သတ္တုပျော်ရည်ကဲ့သို့ မော်လီကျူးများသည် လျှပ်စစ်နှစ်ထပ်အလွှာကို ဖွဲ့စည်းရာတွင် ပါဝင်နိုင်သောကြောင့် နောက်ထပ် အိုင်းယွန်းကူးယူမှု ယန္တရားများကို ဖွင့်ပေးသည်။polyethylene oxide polymer electrolytes အတွင်းရှိ ether အုပ်စုများ၏ လုပ်ဆောင်ချက်ကို ဖြေရှင်းခြင်းသည် LiClO4 အတွက် ~10−6 S/cm မှ LiN(SO2CF3)2 အတွက် solid-state ion conductivity ကို ထောက်ပံ့ပေးသော်လည်း၊ သို့မဟုတ် တိုက်တေနီးယား နာနိုအမှုန်များသည် တိုင်းတာထားသော အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း (25) တွင် 10 ဆထက်ပို၍ ပိုမိုကောင်းမွန်အောင် စွမ်းဆောင်ပေးနိုင်သည်မှာ ကံမကောင်းစွာပင်၊ ကံမကောင်းစွာပင်၊ အခန်းအပူချိန် 1 mS/cm အောက်တွင် ရှိနေသေးသည်။ILE ဖြေရှင်းချက်များသည် 0.1 မှ 10 mS/cm (26, 27) အတွင်း မြင့်မားသော ပင်ကိုယ်အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိပြီးသား Li-salt solute နှင့် ionic အရည်ပျော်ရည်များ ၏ ရောစပ်ထားသည်။၎င်းအား အောက်ဆိုဒ်နာနိုအမှုန်များဖြင့် ရောနှောခြင်း သို့မဟုတ် ဂျယ်လကာ သို့မဟုတ် ရောနှောခြင်းဖြင့် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ရန် သို့မဟုတ် ILE ကို သေးငယ်သော အမှုန်အမွှားများတွင် ချုပ်နှောင်ထားရန် ကြိုးပမ်းမှုများစွာ ပြုလုပ်ထားပြီးဖြစ်သည် (၉၊ ၁၆၊ ၂၈၊ ၂၉)။သို့သော်၊ ယခုအချိန်အထိ၊ အစိတ်အပိုင်းသုံးခုဖြစ်သော Li-salt/ionic liquid/oxide composites (ပုံ။ S1) အတွက် အိုင်းယွန်းစီးကူးနိုင်မှုအား မြှင့်တင်နိုင်ခြင်းမရှိသေးပါ။mesoporous silica microparticles များကိုအသုံးပြုခြင်းသည် အစိုင်အခဲ nanoparticles များနှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော ပေါင်းစပ်များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း ပိုမိုမြင့်မားသော်လည်း၊ interfacial မျက်နှာပြင်ဧရိယာနှင့် ion conduction မြှင့်တင်မှုသည် အစုလိုက် ILE conductivity ကျော်လွန်ရန် မလုံလောက်ပါ။

Mesoporous silica သည် ဓာတ်ပြုခြင်းတွင် လူသိများသော ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည်။၎င်းကို hydrothermal သို့မဟုတ် ရိုးရိုး sol-gel ပေါင်းစပ်မှုဖြင့် ပြုလုပ်သည်။Hydrothermal လုပ်ငန်းစဉ်များသည် များသောအားဖြင့် mesoporous powders များဆီသို့ ဦးတည်လေ့ရှိသော်လည်း အခန်းတွင်းအပူချိန် sol-gel လုပ်ငန်းစဉ်ကို ဂရုတစိုက်ထိန်းချုပ်ခြင်းဖြင့်၊ ကြီးမားသော porous glass monoliths သို့မဟုတ် aerogels များကိုလည်း ထုတ်လုပ်ထားပါသည်။ဆီလီကာမက်ထရစ်ကို tetra-alkyl orthosilicates (30) ၏ hydrolysis နှင့် condensation တုံ့ပြန်မှုများဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ချွေးပေါက်ဖွဲ့စည်းပုံကို ထိန်းချုပ်ရန် အဓိကသော့ချက်မှာ ဆီလီကာမက်ထရစ်ကို ပတ်ပတ်လည်တွင် ဖွဲ့စည်းထားသည့် surfactant-type micelle ပုံစံများကို အသုံးပြုခြင်းဖြစ်သည်။ပုံစံခွက်ပုံစံ မော်လီကျူးအဖြစ် အိုင်အိုနစ်အရည်ကို ပေါင်းထည့်သောအခါ၊ ရေဓာတ်ဖြည့်သွင်းထားသော ဆီလီကာမက်ထရစ်သည် အိုင်ယွန်အရည်နှင့် ဓါတ်ပြုကာ ဂျယ်အဖြစ်ဖွဲ့စည်းကာ သန့်စင်ပြီး အခြောက်ခံပြီးနောက်၊ အိုင်အိုနစ်အရည်ကို အစိုင်အခဲ နာနိုပိုရတ်ဆီလီကာမက်ထရစ် (၁၃) တွင် ချုပ်နှောင်ထားသည်။လီသီယမ်ဆားကို တတိယ အစိတ်အပိုင်းအဖြစ် ပေါင်းထည့်သောအခါ၊ စီလီကာမက်ထရစ်တွင် ကန့်သတ်ထားသော ILE သည် အိုင်အိုနိုဂျယ် (24) ဟုလည်း ရည်ညွှန်းထားသည့် silica gel electrolyte အဖြစ် အသွင်ပြောင်းသည်။သို့သော်လည်း ယခုအချိန်အထိ၊ အဆိုပါ စီလီကာဂျယ် အီလက်ထရိုလစ်များသည် စီလီကာအမြောက်အများ ILE ၏ အနီးသို့ လျှပ်ကူးနိုင်မှုကို ပြသသော်လည်း စီလီကာကို ဓာတုဗေဒနည်းဖြင့် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည့် ကိစ္စတစ်ခုမှလွဲ၍ (နိဒါန်းကိုကြည့်ပါ) (18)။

ဤတွင်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် နာနိုကွန်ပေါင်းဆိုဒ်၏ Li-ion conductivity ကို သန့်စင်သော ILE ထက် ကောင်းစွာ မြှင့်တင်ပြသထားသည်။1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) ၏ ဥပမာကို ဤနေရာတွင် အသုံးပြုပါသည်။OH-terminated silica မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ အိုင်အိုနစ်အရည်မော်လီကျူးများ၏ စုပ်ယူမှုကို မျက်နှာပြင်ကြားရှိ ရေခဲရေအလွှာတစ်ခုရှိနေခြင်းဖြင့် မြှင့်တင်နိုင်သည်ဟု ခန့်မှန်းထားသည်။ရေခဲရေနှင့် TFSI- anion အကြား ခိုင်မာသော ဟိုက်ဒရိုဂျင် ချိတ်ဆက်မှုသည် အိုင်ယွန်းအရည်တွင် အလိုအလျောက်ဖြစ်ပေါ်သည့် အိုင်ယွန်းအရည်များ (31) နှင့် ဆင်တူသော မော်လီကျူလာအစီအစဥ်ကို လှုံ့ဆော်ပေးသည်။အစုလိုက် ILE တွင် ကျပန်းဖွဲ့စည်းထားသော ဒိုမိန်းများနှင့် အဓိကကွာခြားချက်မှာ ရေခဲအလွှာသည် (i) အောက်ဆိုဒ်မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ မော်လီကျူးအမိန့်ပေးခြင်းကို လှုံ့ဆော်ပေးသည့် ရေခဲအလွှာဖြစ်ပြီး (ii) လွတ်လွတ်လပ်လပ် Li+ ကို ထုတ်လွှတ်ပေးရန် Li+ ကို လှုံ့ဆော်ပေးသည့် ခိုင်လုံသော H-bonding ကို မိတ်ဆက်ပေးသည်။ ပိုမိုကောင်းမွန်သော conduction အတွက်။အခမဲ့ Li+ အာရုံစူးစိုက်မှု တိုးလာမှုနောက်တွင်၊ စုပ်ယူထားသော ILE အလွှာနှင့် ရေခဲရေအလွှာတို့နှင့်အတူ ပေါင်းစပ်မျက်နှာပြင်တစ်လျှောက် ပျံ့နှံ့မှုအတွက် လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်မှာ လျော့နည်းကြောင်း ပြသပါမည်။

စီလီကာရှိ မိုနိုလေယာအနည်းအများ-ထူထပ်သော မျက်နှာပြင်ရေအလွှာသည် H-bridges များမှတစ်ဆင့် silanol အုပ်စုများနှင့် ခိုင်ခံ့စွာ ချိတ်ဆက်ထားသောကြောင့် အစိုင်အခဲကဲ့သို့ အလွှာတစ်ခုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် ရေခဲလွှာ (32) ဟုလည်း ခေါ်သည်။၎င်း၏သိပ်သည်းဆနှင့် အထူ (ရေခဲအလွှာတစ်ခုလျှင် ~ 0.25 nm ရှိသော monolayer သုံးခုမှ လေးခုအထိ ခန့်မှန်းထားသည်) သည် ပတ်ဝန်းကျင်ရှိ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းရေဖိအား [relative humidity (RH)] ဖြင့် အပူချိန်မျှတမှုတွင် ရှိနေသည်။ဟိုက်ဒရိုဂျင် စုပ်ယူထားသော အိုင်းယွန်းအလွှာများနှင့် ဟိုက်ဒရိုဂျင်တွယ်တာမှု တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် ရေခဲရေအလွှာ၏ အထူနှင့်အတူ တိုးလာသည်ကို ကျွန်ုပ်တို့ပြသသည်။ရေခဲရေလွှာသည် ဓာတုဒြပ်ပေါင်းများတွင် ကြည်လင်သောရေနှင့် ဆင်တူသည်။၎င်းသည် လျှပ်စစ်ဓာတ်ပြတင်းပေါက်ကို ပြင်းထန်စွာ ကျယ်ပြန့်လာသော်လည်း နောက်ဆုံးတွင် ရေသည် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒအရ တက်ကြွဆဲဖြစ်သည် (33) ဆားအရောအနှောများတွင် ရေဟုခေါ်သော စူပါစုစည်းထားသော ရေဓာတ်လျှပ်စစ်ဓာတ်များနှင့် လုံးဝဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်သည်။

ပုံမှန် ဖောမတ်အက်ဆစ်-ဓာတ်ပစ္စည်းများဖြင့် အိုင်အိုနိုဂျယ် ချက်ပြုတ်နည်းများနှင့် ကွဲပြားသည်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ရေပိုလျှံနေသော pH 5 အပျော့စားနှင့် PGME (1-methoxy-2-propanol) ကို Li-TFSI ဆားနှင့် BMP-TFSI အိုင်ယွန်အရည်ဖြင့် TEOS ရှေ့ပြေးဆားသို့ ပေါင်းထည့်ထားပါသည်။ဤ pH တွင်၊ hydrolysis တုံ့ပြန်မှုသည် နှေးကွေးပြီး ငွေ့ရည်ဖွဲ့မှုသည် နှစ်သက်ဖွယ်ဖြစ်သည် (30)။လီသီယမ်ဆား မရှိတော့ချိန်တွင် ဂျယ်လီသီယမ်မရှိခြင်းကြောင့် Li ion များသည် hydrolysis တုံ့ပြန်မှုအတွက် အထောက်အကူအဖြစ် လုပ်ဆောင်သည်ဟု ယုံကြည်ကြသည်။ နှစ်မျိုးလုံးသည် pH 5 တူညီပြီး TEOS နှင့် ionic အရည်၏ အံသွားအချိုး (ထို့ကြောင့် silica moieties) သည် x တန်ဖိုးအဖြစ် ညွှန်ပြပြီး 0.25 နှင့် 2 အကြား ကွဲပြားပါသည်။ BMP-TFSI နှင့် Li-TFSI ၏ အံသွားအချိုးကို 3 (1 M Li-ion ဖြေရှင်းချက်နှင့် သက်ဆိုင်သည်)။Monolith တည်ဆောက်ပုံ၏ ခိုင်မာမှု ကို ထိန်းသိမ်းရန် နှေးကွေးစွာ အခြောက်ခံရန် လိုအပ်သည် ( Materials and Methods ကိုကြည့်ပါ )။ပုံ 1A သည် လေဟာနယ်အခြောက်ခံပြီးနောက်ရရှိသော monolithic pellet ၏ဓာတ်ပုံကိုပြသထားသည်။FTIR မှအတည်ပြုထားသည့်အတိုင်း 72 နာရီကြာ လေဟာနယ်အခြောက်ခံခြင်းသည် အခမဲ့ရေအားလုံးကိုဖယ်ရှားသည့်နေရာအထိ အစိုဓာတ်အားလုံးကိုဖယ်ရှားရန် လုံလောက်ပါသည်။ဖုန်စုပ်စက်အခြောက်ခံသည့်အဆင့်ပြီးနောက် မည်သည့်နမူနာတွင်မဆို 1635 cm−1 တွင် အခမဲ့ရေအတွက် တုန်ခါမှုမတွေ့ရှိရပါ (ပုံ 2)။နှိုင်းယှဉ်ရန်အတွက်၊ 60% RH ဖြင့် N2 လက်အိတ်ပုံးတွင် 1 ပတ်ကြာသိမ်းဆည်းထားသော nano-SCE နမူနာအတွက် FTIR ရောင်စဉ်ကို ပြသထားသည်။ဤကိစ္စတွင်၊ ကြည်လင်သောရေတောင်ထွတ်ပေါ်လာသည်။အခြားတစ်ဖက်တွင်မူ နမူနာများအားလုံးသည် ဆီလာနောမျက်နှာပြင်လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းအတွက် ပြတ်သားသောအချက်ပြမှု (Si─OH 950 နှင့် 980 စင်တီမီတာ−1) နှင့် စုပ်ယူထားသော ရေခဲရေအလွှာ (O─H stretching at ~ 3540 cm−1) နှင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ H-bonding အားဖြင့် ─OH မျက်နှာပြင်အုပ်စုများ (အောက်ပါအသေးစိတ်အချက်များ)။နာနို-SCE (ဇယား S1) တွင် သိုလှောင်ထားသော ရေကို တိုင်းတာရန် အခြောက်ခံသည့် အဆင့်မတိုင်မီနှင့် ပြီးနောက် ပုလင်းများကို အလေးချိန် ချိန်ထားသည်။နောက်ပိုင်းတွင်၊ ပိုလျှံနေသော အလေးချိန်မှ မျက်နှာပြင်-ချည်နှောင်ထားသော ရေခဲအလွှာများ၏ သက်ဆိုင်ရာ monolayers အရေအတွက်ကို တွက်ချက်ပါမည်။လေဟာနယ်အခြောက်ခံထားသော အမှုန်အမွှားများကို လက်အိတ် [<0.1-ppm (parts per million) H2O] ထဲသို့ ယူဆောင်လာပြီး မူလရေပါဝင်မှုကို ထိန်းသိမ်းရန် အပိတ်ပုလင်းများတွင် သိမ်းဆည်းထားသည်။နောက်ထပ် လက္ခဏာရပ်များအတွက် သေးငယ်သော ပမာဏကို ခဲပြားမှ ထုတ်ယူခဲ့သည်။

(က) ပုလင်းထဲတွင် ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်ထားသော နာနို-SCE အလုံးနှစ်လုံး (ဘယ်ဘက်) ပုံ၊gelation ပြီးနောက်, transparent pellet ကိုရရှိသည်။အမှုန်အမွှားသည် အပြည့်အ၀ ဖောက်ထွင်းမြင်နိုင်ပြီး မြင်နိုင်စွမ်းအတွက် အပြာရောင်ကို ပေးထားကြောင်း သတိပြုပါ။ILE ကို ဖယ်ရှားလိုက်သောအခါတွင် အလွန်ဖောက်ပြန်သော silica matrix (ညာဘက်) အတွက် ကြွပ်ဆတ်သော အဖြူရောင် အမှုန်အမွှားတစ်ခု ကျန်နေပါသည်။(ခ) ILE ကိုဖယ်ရှားပြီးနောက် ကျန်ရှိနေသည့် SiO2 matrix ၏ အီလက်ထရွန်အဏုကြည့်မှန်ပြောင်း (SEM) ပုံ။(ဂ) (B) တွင် ပြထားသည့် ပုံအား မက်ထရစ်ပစ္စည်း၏ သိမ်မွေ့သော သဘောသဘာဝကို အချို့သော macropores များဖြင့် ပုံဖော်ထားသည်။(ဃ) Transmission electron microscopy (TEM) ပုံသည် porous matrix material ၏ တည်ဆောက်မှုတုံးများအဖြစ် 7-nm မှ 10-nm silica nanoparticles များ၏ သိပ်သည်းစွာ ထုပ်ပိုးမှုကို ပြသထားသည်။(င) SiO2 (x တန်ဖိုး) နှင့်စပ်လျဉ်း၍ ILE ၏ မတူညီသော အံသွားအချိုးအတွက် စီစဥ်ထားသော မက်ထရစ်ဖွဲ့စည်းပုံ၏ အပေါက်များ။ဒက်ရှ်မျဉ်းသည် ILE နှင့် ဆီလီကာ၏ ထုထည်အပိုင်းခွဲများမှ သီအိုရီပိုင်းအရ ဆုံးဖြတ်ထားသော porosity ကို ပေးသည်။acetone-ဆေးကြောထားသောနမူနာများ (အနက်ရောင်စတုရန်းများ) သည် x > 0.5 အတွက်ဖွဲ့စည်းပုံ၏တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းပြိုကွဲမှုကိုဖြစ်စေသောလေထဲတွင်အခြောက်ခံခဲ့သည်။အီသနော-ဆေးကြောထားသော နာနို-SCE (အစိမ်းရောင်စက်ဝိုင်းများ) ၏ supercritical CO2 အခြောက်ခံခြင်းသည် CO2 (အပွင့်အဝိုင်း) ကို ပိုနှေးကွေးစွာ ဖယ်ရှားရန်အတွက် x = 2 အထိ ပြိုကျခြင်းကို ကာကွယ်ပေးသည်။BET၊ Brunauer-Emmett-Teller။ဓာတ်ပုံ credit: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara၊ Panasonic။

(က) nano-SCE ၏ IR ရောင်စဉ်ကို လေဟာနယ် (အနက်ရောင်) ဖြင့် အခြောက်ခံပြီး 0.0005% RH ပါသော လက်အိတ်တစ်ခုတွင် ၉ ရက်ကြာ (အပြာရောင်) နှင့် 30% RH နှင့် ထိတွေ့ပြီး 4 ရက်ကြာ (အနီရောင်) နှင့် 60 အထိ၊ % RH သည် 8 ရက် (အစိမ်း) ဖြစ်ကြောင်းသိရသည်။au၊ မတရားယူနစ်။(ခ) x တန်ဖိုးများ 1.0 (အပြာ)၊ 1.5 (အစိမ်းရောင်) နှင့် 2.0 (အနီရောင်) နှင့် ILE ရည်ညွှန်းချက် (အနက်ရောင်) တို့ပါရှိသော Li/SCE/TiN စတက်တစ်ခု၏ Cyclic voltammograms များ၊inset သည် လော့ဂရစ်သမ်စကေးဖြင့် လက်ရှိကို ပြသသည်။(ဂ) Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 stack (အနီရောင်)၊ ILE (အစက်အပြောက်) နှင့် ILE ၏ 5 အလေးချိန် % (wt %) H2O (dash-dotted blue line)(B) နှင့် (C) တွင် ILE နှင့် ILE ဖြင့် H2O ဖြင့် တိုင်းတာမှုများကို TiN ဖြင့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းသုံးလျှပ်ကူးပစ္စည်းပုံစံဖြင့် လုပ်ဆောင်ပြီး Li သည် တန်ပြန်နှင့် ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် လုပ်ဆောင်သည်။SCE ကို လေဟာနယ်အခြောက်ခံပြီးနောက် လက်အိတ်ထဲတွင် ၂ ရက်ကြာ အခြောက်ခံထားသည်။

ကျွန်ုပ်တို့၏ လေဟာနယ်- annealed nano-SCE ၏ အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း (σi) သည် အမှုန်ပေါင်းစပ်မှုများ (ပုံ။ S1) အတွက်ကဲ့သို့ ထုထည်အပိုင်း (x တန်ဖိုး) နှင့် တိုးလာသည်။သို့သော် ဤကိစ္စတွင်၊ အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် အမြင့်ဆုံး x တန်ဖိုးများအတွက် 200% ထက်ပို၍ သန့်စင်သော ILE ကိုယ်တိုင်ထက် ကျော်လွန်သွားသည်။ထို့အပြင်၊ ပိုမိုကောင်းမွန်သောအိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိသော nano-SCE ၏အပူချိန်မှီခိုမှုသည် ILE ၏သန့်စင်သော ILE ထက်ကွဲပြားခြားနားသောအပြုအမူကိုပြသခဲ့သည်- BMP-TFSI ILE ရှိ Li-TFSI သည် အရည်ပျော်ခြင်းတစ်ဝိုက်ရှိ လျှပ်ကူးမှုနှင့်တက်ကြွစွမ်းအင် (လျှောစောက်) တွင် ရှင်းလင်းစွာပြောင်းလဲမှုကိုပြသသည်။ 29°C တွင် အရောအနှော၏အမှတ်၊ ပိုမိုကောင်းမွန်သော လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းရှိသော nano-SCE သည် မရှိပါ။ယင်းအစား၊ ၎င်းသည် σi တွင် အပူချိန်နှင့် ဆက်တိုက်ကွဲလွဲမှုကိုပြသပြီး ယခင်က အမည်မသိအဆင့် သို့မဟုတ် မက်ဖိုရပ်စ် အမျိုးအစားကို ဖွဲ့စည်းထားကြောင်း ညွှန်ပြသည်၊ ထို့နောက် ပိုမိုကောင်းမွန်သော လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းအတွက် တာဝန်ရှိသည်။ထို့အပြင်၊ ILE နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက nano-SCE အတွက် ပျံ့နှံ့မှုအတွက် သေးငယ်သော လျှောစောက်နှင့် တက်ကြွမှုစွမ်းအင် နည်းပါးသည် ကွဲပြားခြားနားသော ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများကို ညွှန်ပြသည် (ပုံ။ S3)။အောက်ဖော်ပြပါ အဆိုပြုထားသော မော်ဒယ်နှင့် ဆွေးနွေးထားသည့်အတိုင်း ဆီလီကာ Scaffold ပေါ်ရှိ အိုင်ယွန်အရည်မော်လီကျူးများနှင့် အစိုင်အခဲ ရေခဲအလွှာကြားတွင် ပြင်းထန်သော အပြန်အလှန်အကျိုးသက်ရောက်မှုသည် စောင့်ကြည့်လေ့လာထားသော mesophase အပြုအမူအတွက် တာဝန်ရှိသည်ဟု ခန့်မှန်းထားသည်။

(က) nano-SCEs များ၏ လျှပ်ကူးနိုင်မှု၏ အပူချိန်ကို မှီခိုနေရသော လက်အိတ်ပုံး (GB) တွင် x တန်ဖိုး 2 ခု (အနက်ရောင်စတုရန်း)၊ 1.75 (လိမ္မော်ရောင် စက်ဝိုင်း)၊ 1.5 (တြိဂံအပြာ) နှင့် 1.0 (စိမ်းလန်းသော တြိဂံများ) ) နှင့် ILE ရည်ညွှန်းချက် (ပွင့်လင်းစတုရန်းများ)။(ခ) နာနို-SCE များ၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို GB တွင် 0 ရက် (အစိမ်းရောင်လေးထောင့်ကွက်များ)၊ 10 ရက် (တြိဂံအမည်းရောင်) နှင့် 138 ရက် (တြိဂံအပြာ) တို့အပြင် အခြောက်ခံပါသည်။(ဂ) x တန်ဖိုးများ 2 (အနက်ရောင်စတုရန်း)၊ 1.5 (အပြာတြိဂံ)၊ 1.0 (စိမ်းလန်းသောတြိဂံ) နှင့် 0.5 (စိန်အညိုရောင်) တို့ရှိသော nano-SCE ၏ အခြောက်ခံချိန်၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းနှင့် နှစ်ထပ်ကိန်းရင်းမြစ်။(ဃ) x = 2 (အနက်ရောင်စတုရန်းများ)၊ 1.5 (အပြာတြိဂံများ) နှင့် N2 စိုထိုင်းဆအပြည့်ရှိသောအခန်းတွင် 1.0 (အစိမ်းရောင်တြိဂံများ) ရှိသော nano-SCE ၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း။

လက်အိတ်ပုံးအတွင်းရှိ အာဂွန်လေထုတွင် ရေ 0.1 ppm ထက်နည်းသော ရေပါဝင်ပြီး 0.0005% RH၊ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းရေဖိအား 0.01 Pa သို့မဟုတ် နှင်းကျသည့်အမှတ် −88°C နှင့် ကိုက်ညီပါသည်။silanol-terminated silica ပေါ်ရှိ စုပ်ယူထားသော ရေအလွှာ အရေအတွက်သည် ရေ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ဖိအား (ပုံ. S2) နှင့် မျှခြေရှိသောကြောင့်၊ မျက်နှာပြင်ရေများသည် nano-SCE မှ ဖြည်းညှင်းစွာ ပျံ့နှံ့သွားပြီး အနားစွန်းများတွင် sublimate ဖြစ်ပါမည်။ပုံ 3C သည် လက်အိတ်ပုံးရှိ နေထိုင်ချိန်၏ လုပ်ဆောင်မှုအဖြစ် 23 μl nano-SCE အတွက် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းပြောင်းလဲမှုကို ပြသည်။လက်အိတ်အတွင်းရှိ ရေတစ်စိတ်တစ်ပိုင်းဖိအား 0.01 Pa နှင့် ညီမျှသော ဆီလီကာမျက်နှာပြင်နှင့် ညီမျှသောတန်ဖိုးဖြင့် ခြောက်သွေ့သွားသည်အထိ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း လျော့ကျသွားသည်။လက်အိတ်ပုံး၏ အလွန်ခြောက်သွေ့သောအခြေအနေအောက်တွင်ပင်၊ silanol ပေါ်ရှိ စုပ်ယူထားသောရေ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းတစ်စိတ်တစ်ပိုင်းကို silanol တွင်ရှိနေသည်၊ အကြောင်းမှာ Raman spectroscopy တွင် silanol ၏ပထမဆုံးစုပ်ယူသောရေ၏ပထမ monolayer အတွက်သီးသန့်ဖြစ်သည့် 3524 cm−1 တွင်အချက်ပြနေဆဲဖြစ်သောကြောင့်၊ (ပုံ။ 4B)။ပြည့်ဝသောအခြေအနေများအောက်တွင် ion conductivity သည် နေရာတိုင်းတွင် ILE တစ်ဦးချင်းစီ၏ အောက်တွင် ကောင်းမွန်ပါသည်။ထို့ကြောင့်၊ ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းသည် ချွေးပေါက်၏အူတိုင်ရှိ ILE ၏ အိုင်ယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းဆုံးရှုံးမှုအတွက် လျော်ကြေးပေးရန် မလုံလောက်ပါ။

(က) x တန်ဖိုး 1.5 (အနီရောင်)၊ ILE ရည်ညွှန်းချက် (အနက်ရောင်) နှင့် SiO2 (အပြာ) ရှိသော nano-SCE ၏ IR ရောင်စဉ်တန်းစဉ် (1231 စင်တီမီတာ−1) ပါဝင်နေကြောင်းပြသခြင်း၊ ဆီလီကာ မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ OH-အုပ်စုများနှင့် အပြန်အလှန် တုံ့ပြန်မှု။(ခ) 2 (အနက်ရောင်)၊ 1.5 (အနီရောင်) နှင့် 0.5 (အပြာ) x တန်ဖိုးများရှိသော nano-SCE ၏ Raman spectra သည် silanol-terminated silica (0.0005) တွင်ပင် နာနို-SCE (0.0005) တွင်ရှိသော ရေခဲရေပါဝင်မှုကို ပြသသည်။ % RH) လက်အိတ်ပုံးတွင် (ရက် 30)။(ဂ) TFSI− anion သည် ၎င်း၏အနှုတ်အားကို စုပ်ယူထားသော ice-TFSI-BMP အလွှာနှင့် ၎င်း၏အနှုတ်အားကို မျှဝေပေးသောကြောင့် Li-TFSI ကို အခမဲ့ Li+ အဖြစ် ခွဲထုတ်ခြင်းဖြင့် nano-SCE ရှိ မျက်နှာပြင် အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုအတွက် အဆိုပြုထားသော မော်ဒယ်၊အရောင်များသည် ခရမ်းရောင် (ဆီလီကွန်)၊ အနီရောင် (လီသီယမ်)၊ အဝါရောင် (ဆာလ်ဖာ)၊ လိမ္မော်ရောင် (အောက်ဆီဂျင်)၊ အပြာ (နိုက်ထရိုဂျင်)၊ အဖြူရောင် (ဟိုက်ဒရိုဂျင်) နှင့် အစိမ်းရောင် (ဖလိုရင်း) တို့နှင့်အတူ မတူညီသောဒြပ်စင်များကို ကိုယ်စားပြုသည်။ခရမ်းရောင် မျဉ်းကြောင်းများ သည် TFSI anion ၏ O═S အုပ်စုနှင့် ဟိုက်ဒရော့ဆီလီကာ မျက်နှာပြင် OH အုပ်စုများကြား ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှောင်ကြိုးကို ကိုယ်စားပြုသည်။စုပ်ယူထားသော အလွှာအပေါ်ရှိ Dipole မှ ကင်းလွတ်ထားသော Li+ အိုင်းယွန်းများသည် နောက်ဆက်တွဲ မိုဘိုင်းလ်မှတဆင့် ရွှေ့ပြောင်းနိုင်သည် သို့မဟုတ် မျက်နှာပြင်အလွှာများအထက်ရှိ အိုင်ယွန်အရည်များ ပျံ့နှံ့သွားနိုင်သည်။ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှောင်ကြိုးများ၏ ခိုင်ခံ့မှုနှင့် ဆီလီကာပေါ်ရှိ ညီမျှသော အားသွင်းမှုပေါ်မူတည်၍ စုပ်ယူထားသော အလွှာများစွာကိုလည်း ဖွဲ့စည်းနိုင်ကြောင်း သတိပြုပါ။ပုံတွင် ရောင်စုံ အပြည့်အစုံကို ပြထားသည်။S8

စိတ်ဝင်စားစရာကောင်းသော လေ့လာတွေ့ရှိချက်မှာ ပုံ 3C တွင် ပြထားသည့်အတိုင်း အခြောက်ခံချိန်၏ နှစ်ထပ်ကိန်းနှင့် မျဉ်းဖြောင့်ဆက်နွယ်မှုဖြစ်ပြီး လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းပြောင်းလဲမှုသည် ဆီလီကာရှိ စုပ်ယူထားသော ရေခဲရေပမာဏပြောင်းလဲမှုနှင့် တိုက်ရိုက်အချိုးကျကြောင်း ညွှန်ပြပြီး ဤမျက်နှာပြင်ရေကို ဖယ်ရှားခြင်းဖြစ်သည်၊ ပျံ့နှံ့မှုကို ကန့်သတ်ထားသည်။"အခြောက်ခံခြင်း" သည် မျှခြေရေခဲလွှာအတွက် RH ထက်နိမ့်သော အဖွင့်ပတ်ဝန်းကျင်တွင်သာ ဖြစ်ပေါ်သည်ကို သတိပြုပါ။ဥပမာအားဖြင့်၊ အပူချိန်ပေါ် မူတည်၍ တိုင်းတာမှုများအတွက် အသုံးပြုသည့် ပိတ်ထားသော အကြွေစေ့ဆဲလ်များတွင် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် သိသိသာသာ ပြောင်းလဲခြင်းမရှိပါ။

လက်အိတ်ပုံးအတွင်း အခြောက်ခံချိန်အမျိုးမျိုးအတွက် nano-SCE ၏ အပူချိန်မှီခိုမှုကို တိုင်းတာသည်။အခြောက်လှန်းထားသော nano-SCE ၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် ILE ၏ နီးကပ်လာသည်နှင့်အမျှ၊ mesophase conductivity အတွက် စဉ်ဆက်မပြတ် σi နှင့် 1/T ပရိုဖိုင်များသည် ILE အတွက် ပရိုဖိုင်သို့ တဖြည်းဖြည်း ပြောင်းလဲသွားကာ ၎င်း၏ အရည်ပျော်မှတ်တစ်ဝိုက်တွင် ကျဆင်းသွားသည်ကို ထပ်မံဖော်ပြသည် (ပုံ။ S3)။ဤလေ့လာတွေ့ရှိချက်သည် ရေခဲအလွှာသည် ILE နှင့် အင်တာဖေ့စ် အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုအတွက် လုပ်ဆောင်နိုင်သော အလွှာတစ်ခုအဖြစ် လုပ်ဆောင်သည်ဟူသော ယူဆချက်ကို ထပ်လောင်းထောက်ခံပြီး nano-SCE ရှိ mesophase အပြုအမူကို မြင့်တက်စေသည်။ထို့ကြောင့်၊ အလုပ်လုပ်သောအလွှာကို ဖယ်ရှားလိုက်သောအခါ၊ ILE သည် mesoporous oxide အမြှေးပါးထဲတွင် ချုပ်နှောင်ထားရုံသာဖြစ်သည်။

ရေလျှော့ချခြင်း သို့မဟုတ် ဓာတ်တိုးခြင်းအတွက် အထွတ်အထိပ်များကို မတွေ့ရသောကြောင့် လျှပ်စစ်ဓာတ်တည်ငြိမ်မှုပြတင်းပေါက်၏ တိုင်းတာချက်များအရ နာနို-SCE အတွင်းရှိ ရေခဲရေသည် တည်ငြိမ်ကြောင်း အတည်ပြုပေးပါသည်။ ရေကိုလျှော့ချရန်အတွက် electro-catalyst အဖြစ်။ယင်းအစား၊ nano-SCE ၏ electrochemical stability သည် ILE နှင့် အလွန်ဆင်တူပြီး TFSI- ၏ ဓာတ်တိုးမှုကြောင့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းအလားအလာ >4.3 V နှင့် အလားအလာ <1 V နှင့် Li+/Li တွင် TFSI− နှင့် BMP+ လျော့ချခြင်း (၃၃)။နှိုင်းယှဉ်ရန်အတွက်၊ ရေ 5% (wt %) ထည့်ထားသော ILE အတွက် voltammogram တစ်ခုအား ပြထားသည် (အချို့ nano-SCE အတွက် အလားတူပါဝင်မှု၊ ဇယား S1 ကိုကြည့်ပါ)။ဤကိစ္စတွင်၊ ရေလျှော့ချရန်အတွက် cathodic အကိုင်းအခက်ကို 1.5 V နှင့် Li+/Li တွင် Li-intercalation peak ၏ anatase ၏အထွတ်အထိပ်ပြီးနောက် ချက်ချင်းတိုင်းတာသည်။

နာနို-SCE ၏ အပူနှင့် (လျှပ်စစ်) ဓာတုတည်ငြိမ်မှုကို ILE အဖြည့်ခံဖြင့် ဆုံးဖြတ်သည်။Thermogravimetric analysis (TGA) သည် ILE-to-silica အချိုးအစားမမူဘဲ SCE နှင့် ILE ၏ အပူတည်ငြိမ်မှုကို 320°C အထိ ပြသခဲ့သည်။ဤအပူချိန်အထက်တွင်၊ Li-TFSI နှင့် BMP-TFSI တို့သည် မတည်ငြိမ်သောအစိတ်အပိုင်းများအဖြစ် လုံးလုံးပြိုကွဲသွားပြီး ဆီလီကာမက်ထရစ်သည် 450°C ဝန်းကျင်တွင်သာ ကျန်ရှိတော့သည်။အပူပြိုကွဲပြီးနောက် ကျန်ရှိသည့် ဒြပ်ထုရာခိုင်နှုန်းသည် SCE ရှိ ဆီလီကာအပိုင်းအစများနှင့် အလွန်ကိုက်ညီပါသည်။

နာနို-SCE သည် စကန်ဖတ်စက် အီလက်ထရွန်အဏုကြည့်မှန်ဘီလူး (SEM) တွင် ရှင်းရှင်းလင်းလင်းရှိသော သေးငယ်သောဖွဲ့စည်းပုံ (SEM) တွင် စီလီကာဖာထေးထားသော မျက်နှာပြင်အချို့မှလွဲ၍ ကျန်ရှိနေသည် (ပုံ။ S5)။SCE ၏ တိကျသောသိပ်သည်းဆကို ဟီလီယမ် pycnometer ဖြင့် ဆုံးဖြတ်ပြီး x တန်ဖိုးအားလုံးအတွက် 1.5 g/cm3 ဝန်းကျင် (ဇယား S1)။ဆီလီကာမက်ထရစ် အပြည့်အစုံကို ILE ကို အပြင်းအထန် ထုတ်ယူခြင်းဖြင့် ဖော်ထုတ်ခဲ့သည် (ပစ္စည်းများနှင့် နည်းလမ်းများကို ကြည့်ပါ)။CO2 ၏အရေးပါသောအချက်တွင် ဂရုတစိုက်အခြောက်ခံခြင်းဖြင့်၊ ပုံ 1A တွင်ပြသထားသည့်အတိုင်း နဂိုအတိုင်း airgel monolith များကို ရရှိနိုင်သည်။SEM စစ်ဆေးခြင်းသည် ပုံ 1 (B နှင့် C) တွင်တွေ့နိုင်သကဲ့သို့ 10- မှ 30-nm ချွေးပေါက်အချင်းရှိသော mesoporous silica ၏ scaffold ကိုပြသသည်၊ ၎င်းသည် ပိုကြီးသော macropores 100 မှ 150 nm ပတ်ပတ်လည်တွင် ရစ်ပတ်ထားသည်။ကြည်လင်ပြတ်သားမှုမြင့်မားသော ထုတ်လွှင့်မှုအီလက်ထရွန်အဏုစကုပ် (TEM) (ပုံ။ 1D) သည် အနီးကပ်ထုပ်ပိုးထားသော ဆီလီကာနာနိုမှုန်များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည့် အသေးစားဖွဲ့စည်းပုံကို ထပ်မံဖော်ထုတ်ခဲ့သည်။x တန်ဖိုးများအတွက် ပျမ်းမျှအမှုန်အချင်းသည် 7 မှ 14 nm မှ 0.5 နှင့် 1.5 ကြားရှိသည်။

သတ်မှတ်ထားသော မျက်နှာပြင်ဧရိယာ [Brunauer-Emmett-Teller (BET)]၊ porosity၊ ပျမ်းမျှ ချွေးပေါက်အရွယ်အစားနှင့် pore size distribution ကို N2 adsorption/desorption တိုင်းတာမှုများ (ဇယား S1 နှင့် ပုံ။ S6) ဖြင့် ဆုံးဖြတ်ခဲ့ပါသည်။ဖွဲ့စည်းပုံ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းပြိုကျခြင်းနှင့် စုပ်ယူထားသော ILE ကို မပြီးပြတ်ဖယ်ရှားခြင်းသည် နံပါတ်များကို အနည်းငယ်လွဲမှားစေနိုင်သည်။ပေးဆောင်ထားသော supercritical CO2 ကို အသုံးပြု၍ အိုင်အိုနစ်အရည်ကို ဂရုတစိုက်ထုတ်ယူခြင်းနှင့် နှေးကွေးခြောက်သွေ့ခြင်းတွင်၊ ILE ၏ ထုထည်အပိုင်းမှ ဆီလီကာအထိ တွက်ချက်ထားသော မျှော်လင့်ထားသည့် ပေါက်ကြားပေါက်နှင့် နီးစပ်သော ယုံကြည်စိတ်ချရသောရလဒ်များ (ပုံ။ 1)။BET မျက်နှာပြင်ဧရိယာသည် 800 နှင့် 1000 m2/g ကြားတွင်ရှိသည်။isotherm ၏ လျှောစောက်မှ ရရှိသော ပျမ်းမျှ ချွေးပေါက် အရွယ်အစားသည် 7 နှင့် 16 nm အကြား ရှိသည်။ထို့အပြင်၊ SEM လေ့လာတွေ့ရှိချက်များအရ 200 nm ခန့်အထိ သေးငယ်သော ချွေးပေါက်များ (ပုံ။ S6) ကို တိုင်းတာခဲ့ပါသည်။ချွေးပေါက်အချင်းသည် ILE ပမာဏအပိုင်းနှင့် BET မျက်နှာပြင်ဧရိယာမှရရှိသော ILE အထူနှစ်ဆနှင့် ညီမျှသောအထူနှင့် အလွန်ကောင်းမွန်စွာ ဆက်စပ်နေသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ mesopores များသည် ILE နှင့် လုံးလုံးလျားလျား ပြည့်နေပါသည်။

အစီရင်ခံထားသော BET မျက်နှာပြင်ဧရိယာသည် mesopores နှင့် macropores အတွက်သာဖြစ်သည်။acetone-rinsed matrix အတွက် micropores (~0.6 nm) ကိုလည်း တိုင်းတာသည်။Fig. 1D ၏ TEM ပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ထားသည့် ဆီလီကာနာနိုအမှုန်တစ်ခုစီကြားတွင် micropores များကို တွေ့ရှိရသည်။650 (x = 0.5) နှင့် 360 m2/g (x = 1.5) ကြားတွင် အများဆုံး ထပ်လောင်းမျက်နှာပြင်ဧရိယာကို ခန့်မှန်းထားသည် (ဇယား S1)။

FTIR နှင့် Raman spectra နှစ်ခုစလုံးသည် micropores၊ mesopores နှင့် macropores တို့ကို ထည့်သွင်းတွက်ချက်သည့်အခါ အလွန်ထိရောက်သော မျက်နှာပြင်ဧရိယာ 1400 m2/g ရှိသော စိမ့်ဝင်နိုင်သော silica matrix တွင် စုပ်ယူထားသော ရေခဲရေမော်လီကျူးများပါသည့် silanol အုပ်စုများအတွက် ရှင်းလင်းသော အထောက်အထားများကို ပြသထားသည်။သုညနှင့် ရေသုံးလွှာကြားတွင် x < 1.75 အတွက် nano-SCE ရှိ ပိုလျှံနေသောရေများမှ ခန့်မှန်းသည်။Planar silica အတွက်၊ စုပ်ယူထားသော ရေ၏ ပထမ monolayer သုံးခုကို OH-terminated မျက်နှာပြင်သို့ ခိုင်ခံ့သော ဟိုက်ဒရိုဂျင် ချိတ်ဆက်မှုကြောင့် (32) (ပုံ. S2 ကိုကြည့်ပါ)။ရေခဲရေအလွှာနှင့် ချိတ်ဆက်ထားသော silanol ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှင့် ဆက်စပ်နေသော O─H ဆန့်ဆန့်ကို FTIR ရောင်စဉ်တွင် 3540 cm−1 တွင် တွေ့ရှိရသည်။လေဟာနယ်အခြောက်ခံပြီးနောက်နှင့် လက်အိတ်ပုံးအတွင်း ထပ်မံအခြောက်ခံပြီးနောက် ရေခဲရေအတွက် 3540 စင်တီမီတာ−1 တွင် ထင်ရှားသောအထွတ်အထိပ်ကို နာနို-SCE များအားလုံးက အမှန်ပင်ပြသထားသည်။0.0005% RH (လက်အိတ်သေတ္တာ) တွင် ညီမျှသော nano-SCE အတွက်ပင်လျှင် Raman spectroscopy သည် အနည်းဆုံး တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း monolayer (ပုံ. 4B) ရှိနေသည်ကို ပြသနေသေးသည်။Planar silica ပေါ်ရှိ စတုတ္ထမြောက် monolayer သည် အကူးအပြောင်းအလွှာတစ်ခုဟု ယူဆရပြီး ၎င်းသည် စုပ်ယူမှုနှင့် ကန့်သတ်ထားဆဲဖြစ်သော်လည်း ရွေ့လျားနိုင်မှုအချို့ရှိနိုင်သည်ဟု ဆိုလိုသည်။ပဉ္စမအလွှာမှ ရေသည် ရွေ့လျားပြီး အရည်ကဲ့သို့ ဖြစ်လာသည်။အရည်နှင့်တူသောရေသည် အရည်တွင် H-bonding ဒီဂရီနိမ့်သောကြောင့် FTIR spectrum တွင် လှိုင်းနံပါတ်များ ပေါ်လာလိမ့်မည်။60% RH နှင့် ထိတွေ့နိုင်သော nano-SCE အတွက်၊ 3540-cm−1peak သည် ထပ်လောင်းစုပ်ယူထားသော အရည်လွှာကြောင့် ပိုမိုမြင့်မားသော လှိုင်းနံပါတ်များသို့ တုန်ခါမှုများကို အမှန်ပင်ပြသသည်။ဤကိစ္စအတွက် စိတ်ဝင်စားစရာမှာ နမူနာအား 30% RH နှင့် ထိတွေ့ခဲ့သည့် စမ်းသပ်ချက်ဖြစ်ပြီး၊ ဤစိုထိုင်းဆတွင် ဆီလီကာအရည်တွင် အရည်မမျှော်လင့်ရသေးသောကြောင့် (ပုံ။ S2)။ဤနမူနာအတွက်၊ ရေခဲရေအတွက် 3540 စင်တီမီတာ−1 တောင်ထွတ်ကို FTIR တွင် မြင်နိုင်သည်။ထို့အပြင်၊ 30% RH ဖြင့် 4 ရက်အကြာတွင်ပင် 1635 cm-1 တွင် free water peak ကိုမတွေ့ပါ။ဆိုလိုသည်မှာ nano-SCE ကို ဖုန်စုပ်စက်ဖြင့် အခြောက်ခံပြီးသည်နှင့် hydrophobic BMP-TFSI တွင် ပျော်ဝင်နေသော hygroscopic Li-TFSI မှ ရေကို စုပ်ယူမည်မဟုတ်ကြောင်း ဆိုလိုသည်။ထို့ကြောင့်၊ SCE အတွင်းရှိ မည်သည့်ရေကိုမဆို OH-terminated silica မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူမည်ဖြစ်သည်။ထို့ကြောင့်၊ planar silica အတွက် SCE silica matrix သည် ပတ်ဝန်းကျင်ရှိ ရေ၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ဖိအားနှင့် မျှခြေရှိသည်။

ဤယူဆချက်ကို ထပ်မံစမ်းသပ်ရန်၊ nano-SCE ၏ ion conductivity (x = 1၊ 1.5၊ နှင့် 2) ကို မတူညီသော % RH ဖြင့် တိုင်းတာခဲ့ပါသည်။နမူနာများကို စုပ်ယူထားသော ရေလွှမ်းခြုံမှု မျှခြေသို့ရောက်ရှိနိုင်စေရန် လက်အိတ်အတွင်း ခြောက်သွေ့ပြီး စိုစွတ်သော N2 ဓာတ်ငွေ့ကို ထိန်းချုပ်ထားသည့် အရောအနှောနှင့် ထိတွေ့ခဲ့သည် (ပုံ 3D)။~0% RH ရှိ အမှတ်များအတွက်၊ လက်အိတ်ပုံးရှိ equilibrated nano-SCE အတွက် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို ယူသည်။အံ့ဩစရာမှာ၊ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းနှင့် RH(%) ပရိုဖိုင်သည် ပလာနာဆီလီကာ (ပုံ။ S2) တွင် ရေစုပ်ယူမှုအတွက် မျှော်လင့်ထားသည့် အပြုအမူကို လိုက်နာသည်။0 နှင့် 30% RH အကြားတွင် RH တိုးလာသည်နှင့်အမျှ conductivity တိုးလာသည်။မျှော်လင့်ထားသည့်အတိုင်း စုပ်ယူထားသော ရေခဲလွှာသိပ်သည်းဆနှင့် အထူ (planar silica ပေါ်ရှိ ရေခဲအလွှာတစ်ခုမှ သုံးလွှာအထိ)။FTIR သည် 30% RH ဖြင့် ရက်အတော်ကြာ nano-SCE တွင် အလကားရေမရှိကြောင်းပြသခဲ့သည်ကို သတိပြုပါ။အသွင်ကူးပြောင်းမှုကို 50% RH ဝန်းကျင်တွင် မြင်တွေ့ရပြီး၊ အသွင်ကူးပြောင်းရေး စုပ်ယူထားသော ရေလွှာသည် ပလာနာဆီလီကာအတွက် မျှော်လင့်ထားသည့် အခြေအနေများနှင့် ကိုက်ညီသည်။နောက်ဆုံးတွင်၊ အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် 60% နှင့်ပိုမိုမြင့်မားသောစိုထိုင်းဆများဆီသို့ သိသိသာသာတိုးလာသည်ကိုတွေ့ရှိရပြီး ယခုအခါတွင်၊ ပလာနာဆီလီကာနှင့်ဆင်တူသော၊ စီလီကာနှင့်ထည့်သွင်းထားသော ILE အကြားမျက်နှာပြင်တွင် အရည်ကဲ့သို့သောရေအလွှာတစ်ခုဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ဖွယ်ရှိသည်။FTIR ဖြင့်၊ ရေခဲလွှာပေါ်ရှိ အရည်အလွှာကို ယခုအခါ ဆီလနော/ရေခဲ/ရေ တုန်ခါမှုအထွတ်အထိပ်သို့ မြင့်မားသောစွမ်းအင်သို့ ကူးပြောင်းခြင်းဖြင့် တွေ့ရှိနိုင်ပြီ (ပုံ 2A)။လျှပ်ကူးနိုင်မှုဆိုင်ရာ ပြောင်းလဲမှုသည် နောက်ပြန်လှည့်နိုင်သည်။ထို့ကြောင့်၊ nano-SCE သည် စိုထိုင်းဆအာရုံခံကိရိယာနှင့် Li-ion electrolyte အဖြစ် လုပ်ဆောင်နိုင်သည်။ပုံ 3D မှ၊ လေဟာနယ် anneal ပြီးနောက် ချက်ချင်းဆိုသလို nano-SCE ၏ အိုင်းယွန်းစီးကူးမှုသည် ~10% RH မျှခြေရှိသော ဟိုက်ဒရောလစ်စီလီကာနှင့် သက်ဆိုင်ပါသည်။ခြောက်သွေ့သောအခန်းအခြေအနေများတွင် ရွှဲစိုမှုအတွက် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း (~0.5% RH) သည် 0.6 mS/cm (x = 2) ဝန်းကျင်ဖြစ်သည်။ဤစမ်းသပ်ချက်သည် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်မှုအပေါ် မျက်နှာပြင်ကြားရေ၏အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ထင်ရှားစွာပြသသည်။RH > 60% အတွက် မြင့်မားသော ion conductivity ကို အရည်ကဲ့သို့ အလွှာမှတဆင့် solvated Li+ ကို ပိုမိုလျင်မြန်စွာ ပျံ့နှံ့စေခြင်းဖြင့် ရှင်းပြနိုင်သည်။သို့ရာတွင်၊ အစိုင်အခဲရေခဲအလွှာတစ်ခုတွင်၊ Li+ ion diffusion သည် solid-state type diffusion ဖြစ်ပြီး ထို့ကြောင့် ionic အရည်ကိုယ်တိုင်ကတစ်ဆင့်ထက် နှေးကွေးသည်။ယင်းအစား၊ မြှင့်တင်မှုသည် အောက်ဖော်ပြပါမော်ဒယ်တွင် အဆိုပြုထားသည့်အတိုင်း Li-salt နှင့် ionic အရည်မော်လီကျူးများ၏ အော်ဂဲနစ် anions နှင့် cations များကို ပိုမိုကောင်းမွန်စွာ စုပ်ယူခြင်းကြောင့်ဟု ယူဆပါသည်။

Silanol အုပ်စုများပေါ်ရှိ ရွေ့လျားနိုင်သောရေခဲအလွှာဖြင့် H-bridges များမှတစ်ဆင့် ဆီလီကာမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အိုင်ယွန်းအရည်မော်လီကျူးများကို စုပ်ယူသည့်ပုံစံတစ်ခုကို ကျွန်ုပ်တို့တင်ပြသည် (ပုံ 4)။hydrolysis condensation တုံ့ပြန်မှု၏ ပင်ကိုယ်သဘာဝသည် အမြင့်ဆုံး silanol သိပ်သည်းဆ (4 × 1014 မှ 8 × 1014 cm−2 ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် ရေခဲ၏ monolayer တစ်ခု၏သိပ်သည်းဆနှင့် ~ 8 × 1014 water molecules per cm2) (34) နှင့် ကိုက်ညီပါသည်။TFSI anions နှင့် silica တို့၏ O အက်တမ်များကြား မော်လီကျူးအပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုအတွက် သက်သေအထောက်အထားများကို FTIR မှပေးဆောင်ထားပြီး ILE ရည်ညွှန်းချက်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ILE ရည်ညွှန်းချက်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက O═S═O အထွတ်အထိပ်၏ နှစ်ဆတိုးကြောင်းပြသသည်။ ပုံတွင် S8)။၁၂၃၁ စင်တီမီတာ−၁ မှ −5 စင်တီမီတာ−1 မှ −5 စင်တီမီတာ−1 နှင့် ထပ်တိုးအထွတ်အထိပ်သို့ပြောင်းခြင်းသည် TFSI anions ၏ အနည်းဆုံးတစ်စိတ်တစ်ပိုင်းအတွက် O═S═O အုပ်စုများ၏ နှောင်ကြိုးကိုဖော်ပြသည်။ထို့ကြောင့် ရေခဲရေလွှာပေါ်ရှိ TFSI anions ၏ H-bonding ကို ယူဆသည်။နောက်ပိုင်းတွင်၊ ကြီးမားသော hydrophobic BMP cations များသည် ပထမ TFSI အလွှာနှင့် ဆက်စပ်ပြီး ionic အရည်မော်လီကျူးများ၏ ပထမစုပ်ယူထားသော အလွှာကို ပြီးမြောက်စေသည်။ရေခဲအလွှာအတွက်၊ စုပ်ယူထားသော BMP-TFSI မော်လီကျူးများသည် အများအားဖြင့် မလှုပ်ရှားနိုင်ဟု ယူဆကြပြီး၊ ထို့ကြောင့် ဆီလီကာမျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ အစိုင်အခဲကဲ့သို့ ရေခဲအလွှာကို ချဲ့ထွင်သည်။TFSI အန်အယွန်တွင် အချိုးညီသော O═S═O အုပ်စုရှိသောကြောင့်၊ အောက်ဆီဂျင်အက်တမ်တစ်ခုသည် ဟိုက်ဒရော့ဆီလီကာမျက်နှာပြင်နှင့် ဓါတ်ပြုနိုင်ပြီး အခြားတစ်ခုသည် BMP cations အတွက် ကပ်နေသောအမှတ်များကို ဖန်တီးပေးသည်။TFSI anion တွင် O═S═O အုပ်စုနှစ်ခုလည်း ပါ၀င်ပြီး anion monolayer ၏ ခိုင်မာသော စုပ်ယူမှုနှင့် သိပ်သည်းမှုတို့ကို အာမခံပါသည်။ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော ကပ်ပါးအမှတ်များအဖြစ် OH-groups ၏ အမြင့်ဆုံးသိပ်သည်းဆရှိသော သိပ်သည်းသော ရေခဲအလွှာတွင် စုပ်ယူမှုမှာ အထိရောက်ဆုံးဖြစ်သည်။silanol အုပ်စုများသာရှိနေသောအခါတွင်၊ စုပ်ယူမှုသည် စဉ်ဆက်မပြတ် adsorbate အလွှာတစ်ခုဖွဲ့စည်းရန် လုံလောက်သော အားကောင်းမည်မဟုတ်ပါ။ထို့အပြင်၊ တိုးပွားလာသောရေခဲမိုနီအလွှာများသည် ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှောင်ကြိုး (၃၅) ၏ ခိုင်ခံ့မှုကို တိုးမြင့်စေသည်ဟု သိရှိကြသည်။BMP cation နှင့် ဖြတ်ထားသော TFSI monolayer အကြား မော်လီကျူး အပြန်အလှန် တုံ့ပြန်မှုများသည် TFSI anion တွင် လှည့်ပတ်မှုကင်းမဲ့ပြီး အရင်းခံမျက်နှာပြင်မှ polarization မရှိသည့် အိုင်းယွန်းအရည်နှင့် ကွာခြားသည်ကို သတိပြုပါ။ကြီးမားသော BMP cation ၏တာဝန်ခံသည် ပင်ကိုယ်နှောင်ကြိုးများ polarization နှင့် ၎င်း၏ဓာတုပတ်ဝန်းကျင်နှင့် မော်လီကျူးအပြန်အလှန်အားဖြင့်၊ အထူးသဖြင့်၊ စုပ်ယူထားသော TFSI anion ဖြင့် အက်တမ်အများအပြားအပေါ် အမှန်တကယ် ဖြန့်ဝေပါသည်။TFSI anion ၏ O-group နှင့် ရေခဲလွှာ၏ OH ရပ်စဲခြင်းကြားမှ H-bonding သည် ယခုအခါ ပထမစုပ်ယူထားသော အလွှာအပေါ်ရှိ dipole တစ်ခုအား မိတ်ဆက်ပေးပြီး ပေါင်းစည်းခြင်းဖြင့် နောက်ထပ် မော်လီကျူးများ မှာယူခြင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ဤအချိန်တွင်၊ သေးငယ်သော Li-TFSI မော်လီကျူးများသည် TFSI anion ၏ ကျန်ရှိသော အပြုသဘောဆောင်သော dipolar charge ကို ပေးဆောင်သည့် မော်လီကျူးအလွှာပေါ်တွင် စုပ်ယူနိုင်သည်ဟု ယူဆရပြီး အထက်အလွှာရှိ BMP cations တစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက်ပိုသော BMP cations များ၏ ဆက်စပ်မှုကို လျော့ရဲစေသည်။ အိုင်းဤနည်းအားဖြင့်၊ လွတ်လပ်သော Li+ ၏အာရုံစူးစိုက်မှုသည် ဤအင်တာဖေ့စ်တွင် တိုးလာကာ အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်မှုကို ပိုမိုမြင့်မားစေသည်။ထို့ကြောင့်၊ ပိုမိုသိပ်သည်းပြီး ပိုထူသော ရေခဲအလွှာများသည် လျော်ကြေးပေးရန်အတွက် ပိုကြီးသောကျန်ရှိနေသော အားသွင်းမှုဖြင့် ပိုကြီးသော dipole ကိုမိတ်ဆက်ပေးကာ အချိုးကျပိုမြင့်သော Li+ အာရုံစူးစိုက်မှုနှင့် ion conductivity ကိုပေးစွမ်းသည်။

စုပ်ယူထားသော ILE အလွှာ၏ အပေါ်ဘက်တွင်၊ အခြား ILE အလွှာသည် ဆီလီကာရှိ ရေခဲအလွှာများနှင့် ဆင်တူသော စုပ်ယူနိုင်သည် သို့မဟုတ် ရေခဲအလွှာ၏ Dipole ဆွဲငင်မှုမှာ အလွန်အားနည်းနေပြီး အပေါ်မှ ပေါ့ပေါ့ပါးပါး ချည်နှောင်ထားသော ILE သည် အရည်နှင့်တူသော conduction ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။ အောက်ပိုင်း စုပ်ယူထားသော အလွှာတွင် ထုတ်လွှတ်သော Li+ အိုင်းယွန်း (ပုံ 4C)။အခမဲ့ Li+ အိုင်းယွန်း အာရုံစူးစိုက်မှု ပြောင်းလဲမှုအား NMR နှင့် Raman spectroscopy တိုင်းတာမှုနှစ်ခုလုံးက အတည်ပြုခဲ့သည်။Raman တိုင်းတာချက်များအရ အလကား Li+ အိုင်းယွန်း၏ ပိုကြီးသောအပိုင်းအစများသည် ဆီလီကာနှင့် ဆက်စပ်နေသော ရေခဲရေအလွှာများနှင့်အတူ နာနို-SCE တွင် အမှန်တကယ် ရှိနေကြောင်း သွယ်ဝိုက်ဖော်ပြသည် (ပုံ။ 5)။Raman သည် TFSI anion (36) ၏ N-group ၏တုန်ခါမှုကိုစစ်ဆေးခြင်းဖြင့် TFSI နှင့် cation ၏ဆက်စပ်မှုကိုတိုင်းတာသည်။သန့်စင်သော BMP-TFSI အိုင်ယွန်အရည်တွင် 741 cm−1 တွင် အထွတ်အထိပ်တစ်ခုသာမြင်ရသည်။သန့်စင်သော ILE တွင်၊ 746 cm−1 တွင် TFSI anions နှစ်ခုသည် Li+ ion တစ်ခုတည်းနှင့် ပေါင်းစပ်၍ [ဒြပ်ဝတ္ထုများနှင့် နည်းလမ်းများတွင် density functional theory (DFT) တွက်ချက်မှုများကို ကြည့်ပါ]။nano-SCE များအားလုံးအတွက်၊ 746 cm−1 တွင် အထွတ်အထိပ်ပြင်းထန်မှုမှာ ILE အတွက် ၎င်းထက် အားနည်းသည်၊ ၎င်းသည် ဆက်စပ်နေသော Li-TFSI ၏ သေးငယ်သောအပိုင်းကို ညွှန်ပြပြီး အကျိုးဆက်အနေဖြင့်၊ ဆက်နွယ်မှုမရှိသော သို့မဟုတ် အခမဲ့ Li+ cations ၏ ပိုကြီးသောအပိုင်း။အထူဆုံးရေခဲလွှာရှိသည့် အမြင့်ဆုံးလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကိုပြသသည့် နာနို-SCE သည် အထွတ်အထိပ်သို့ သိသိသာသာ လျော့ကျသွားသည်။လက်အိတ်ပုံးရှိ မျှခြေရှိ nano-SCE အတွက်၊ ဖုန်စုပ်ထားသောနမူနာများထက် များစွာသေးငယ်သော်လည်း အခမဲ့ Li+ ၏ အပိုင်းတစ်ပိုင်းကို တိုင်းတာသည်။746 ကျော် 741 စင်တီမီတာ−1 Raman အတွက် အထွတ်အထိပ်ပြင်းထန်မှုများ၏အချိုးသည် ထို့နောက် TFSI ဆက်စပ်နေသော Li-ion (ပုံ. 5B) ၏ အချိုးအဆတစ်ခုဖြစ်သည်။x တန်ဖိုးရှိသော အခမဲ့ Li+ အိုင်းယွန်းအပိုင်းပိုင်းကို ပုံသဏ္ဍာန်တွင် x တန်ဖိုး 3B ဖြင့် လျှပ်ကူးနိုင်မှု မြှင့်တင်မှု လမ်းကြောင်းကို လိုက်လျောညီထွေစွာ တိုးလာခြင်းသည် လေဟာနယ် အခြောက်ခံသော nano-SCE (day 0) နှင့် SCE နှစ်ခုလုံးတွင် လက်အိတ်ခြောက်ခြင်း (နေ့၊ ၁၃၈)။

(က) ပြင်ဆင်ထားသည့် nano-SCE (လေဟာနယ်အခြောက်ခံ) x တန်ဖိုး 0.5 (အစိမ်း)၊ 1.5 (အဝါရောင်) ၏ အိုင်းယွန်းအပြာရောင်မျဉ်း (IL; အစက်အစက်) နှင့် ILE ရည်ညွှန်းချက် (ILE; dash-dotted line) ၏ ရာမန်ရောင်စဉ်၊ ၊ နှင့် 2 (အညိုရောင်) နှင့် nano-SCE (x = 1.5) တို့ကို လက်အိတ်ပုံးထဲတွင် ရက်ပေါင်း 30 ကြာ အခြောက်ခံသည် သို့မဟုတ် 0.0005% RH (အနီရောင်) ဖြင့် ရွှဲလာခါနီးဖြစ်သည်။ဒေါင်လိုက်မျဉ်းများသည် TFSI အတွက် Raman shift ကို ၎င်း၏ N အလယ်ဗဟိုတွင် Li+ (746 cm−1) သို့ ညှိနှိုင်းပြီး Li+ (741 cm−1) သို့ အသီးသီး ပေါင်းစပ်ထားသည်။(ခ) ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်ထားသည့် nano-SCE ၏ လွတ်လပ်စွာပေါင်းစပ်ထားသော Li+ အချိုး (လေဟာနယ်အခြောက်ခံ၊ အနက်ရောင်စက်ဝိုင်းများ) နှင့် 0.0005% RH ရှိသော လက်အိတ်များတွင် ရက်ပေါင်း 30 ကြာအခြောက်ခံခြင်း (စိန်အပြာရောင်)၊ ပေါင်းစပ်ပြင်းထန်မှုအချိုးအစား၊ ရာမန်တောင်တန်းများ (၇၄၆ စင်တီမီတာ−၁ မှ ၇၄၁ စင်တီမီတာ−၁ အထက်)။(ဂ) PFG-NMR မှဆင်းသက်လာသော Li+ ၏ nano-SCE (အနီရောင်စိန်များ) နှင့် ILE ရည်ညွှန်းချက်၏ ကိုယ်ပိုင်ဖြန့်ဝေမှုကိန်းဂဏန်း(အနက်ရောင်စတုရန်းများ) ပဲမျိုးစုံ gradient သံလိုက်စက်ကွင်းကြားကာလ၏လုပ်ဆောင်ချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။Raman spectra ပေါ်ရှိ သီအိုရီအထွတ်အထိပ်များကို DFT တွက်ချက်မှုဖြင့် ပုံဖော်ထားသည်။

pulsed-field gradient NMR (PFG-NMR) မှ၊ မတူညီသော မိုဘိုင်း Li-ion မျိုးစိတ်များ၏ self-diffusion coefficient ကို gradient သံလိုက်စက်ကွင်းပဲမျိုးစုံများကြားကာလ ∆ ILE အရည်ရည်ညွှန်းချက်အတွက် နှင့် nano- အတွက် လုပ်ဆောင်ချက်တစ်ခုအဖြစ် သတ်မှတ်ခဲ့သည်။ တူညီသော ion conductivity 0.6 mS/cm (ပုံ. 5C) ဖြင့် SCE (x = 1.5)။ILE ရည်ညွှန်းချက်ရှိ Li+ ကိုယ်တိုင်ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းသည် အဆက်မပြတ်ဖြစ်ပြီး၊ အလွန်ဆင်တူသော ရွေ့လျားနိုင်မှုရှိသော Li မျိုးစိတ်တစ်ခု သို့မဟုတ် အများအပြားသာ အရည်တွင် ရှိနေကြောင်း ညွှန်ပြသည်။nano-SCE အတွက်၊ self-diffusion coefficient သည် ∆ နှင့် ကွဲပြားပြီး ILE ၏တိုတောင်းသော ∆ ထက်ကျော်လွန်ကာ သံလိုက်စက်ကွင်းပဲမျိုးစုံကြားတွင် အချိန်တိုအတွင်းသာ တုံ့ပြန်သည့် လျင်မြန်သောရွေ့လျားနေသောမျိုးစိတ်များရှိနေခြင်းကို ညွှန်ပြသည်။Raman spectroscopy မှ ကောက်ချက်ချထားသည့်အတိုင်း လွတ်လပ်သော Li-ion အာရုံစူးစိုက်မှု တိုးလာပြီးနောက်တွင်၊ ပျံ့နှံ့မှုအတွက် လှုံ့ဆော်မှုစွမ်းအင်သည် mesophase မျက်နှာပြင်အလွှာတွင်လည်း နိမ့်ကျသွားကြောင်း သက်သေပြပါသည်။၎င်းသည် mesophase အလွှာရှိ (နောက်ထပ်) အခမဲ့ Li+ အိုင်းယွန်းများမှ မိတ်ဆက်သည့် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ပေးသည်။ပိုရှည်သော ∆တွင်၊ self-diffusion coefficient သည် ILE ရည်ညွှန်းချက်ထက် နိမ့်ပါသည်။၎င်းသည် ILE နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက လက်အိတ်-saturated nano-SCE အတွက် အလွန်နိမ့်သော အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို အတည်ပြုသည်။mesopores ၏ အူတိုင်တွင် ချုပ်နှောင်ထားသော ILE သည် မော်လီကျူးလှုပ်ရှားမှုကို ကန့်သတ်ထားသောကြောင့် ပိုပျစ်ပျစ်မှုရှိသည်။ထို့ကြောင့်၊ silica/ice/ILE မျက်နှာပြင်တွင် ပိုမိုလျင်မြန်စွာ ပျံ့နှံ့နေသော Li-ion များကို ဖန်တီးခြင်းဖြင့် ပိုမိုကောင်းမွန်လာခြင်းသည် ချွေးပေါက်၏ အလယ်ဗဟိုရှိ conductivity ကျဆင်းမှုကို လျော်ကြေးပေးမည်ဖြစ်သည်။၎င်းသည် အင်တာဖေ့စ်များသည် လုံလောက်သော အိုင်းယွန်းအကူးအပြောင်းကို မြှင့်တင်မပေးသည့် အမှုန်-အခြေခံစနစ်များတွင် မြှင့်တင်မှု မရှိခြင်းကို ရှင်းပြသည် (ပုံ။ S1)။

လီသီယမ် သတ္တုနှင့် ဆန့်ကျင်သည့် နာနို-SCE ၏ လျှပ်စစ်ဓာတ် တည်ငြိမ်မှုကို လျှပ်ကူးပစ္စည်း တပ်ဆင်မှု သုံးမျိုးဖြင့် စမ်းသပ်ခဲ့သည် (တပ်ဆင်မှု၏ ပုံစံကို ပုံ။ S7 တွင် ပြထားသည်)။Li/SCE (x = 1.5) နှင့် Li/ILE တစ်ဝက်ဆဲလ်များ၏ လက်ရှိဖြစ်နိုင်ချေရှိသော လက္ခဏာများကို ပုံ 6A တွင် ပြထားသည်။ပုံ 2 တွင် electrochemical window နှင့် electrochemistry ကို ILE filler ဖြင့်ကန့်သတ်ထားသည်။ပြောင်းပြန်လှန်နိုင်သော လီသီယမ်အဖြစ်လည်းကောင်း ထုတ်ယူခြင်းကို လေ့လာတွေ့ရှိရပါသည်။တည်ငြိမ်သောအစိုင်အခဲအီလက်ထရိုလစ်ကြားဖောက်ပြန်မှု (SEI) အလွှာကို cathodic နှင့် anodic နှစ်ဖက်စလုံးရှိ RSEI 0.9 ကီလို-ohm·cm2 ခန့်ဖြင့် သတ္တုလစ်သီယမ်တွင် ဖွဲ့စည်းထားသည်။သန့်စင်သော ILE ဖြေရှင်းချက်များရှိ cathodic လျှပ်စီးကြောင်းသည် −2.5 mA/cm2 အထိ hysteresis ကို မပြပါ။သို့သော်၊ anodic ဖျက်သိမ်းမှုသည် 0.06 mA/cm2 သာ တည်ငြိမ်သော anodic လျှပ်စီးကြောင်းဖြင့် passivation အထွတ်အထိပ်ကို ပြသခဲ့သည်။အစိုင်အခဲ-အစိုင်အခဲ Li/SCE မျက်နှာပြင်ရှိ cathodic လက်ရှိအကိုင်းအခက်သည် −0.5 mA/cm2 ထက်နည်းသော cathodic current အတွက် hysteresis မပြပါ။သို့သော် SEI ၏ ခံနိုင်ရည်မှာ နှစ်ဆခန့်ရှိသည်။အလားတူပင်၊ anodic peak သည် နိမ့်သွားပြီး anodic passivation peak ပြီးနောက် တည်ငြိမ်သောအခြေအနေသည် 0.03 mA/cm2 ဖြစ်ပြီး၊ ILE ဖြေရှင်းချက်၏ ထက်ဝက်သာရှိသည်။SCE ၏ချွေးပေါက်များတွင် SEI နှင့် passivation အလွှာများဖွဲ့စည်းခြင်းသည် လီသီယမ်သတ္တုတွင် လက်ရှိကို ကန့်သတ်ထားသည်။Li/ILE နှင့် Li/SCE လျှပ်ကူးပစ္စည်းအတွက် voltammograms နှစ်ခုလုံးသည် anodic passivation layer နှင့် chemical SEI layer သည် နောက်ပြန်လှည့်၍ရနိုင်ပြီး တည်ငြိမ်ကြောင်း ညွှန်ပြသော သံသရာများစွာတွင် မျိုးပွားနိုင်သည်။Li/SCE မျက်နှာပြင်ရှိ နှေးကွေးသောပျော်ဝင်မှု kinetics သည် Li metal anodes ဖြင့်ပြုလုပ်ထားသော ဆဲလ်တစ်ဝက်၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြင်းထန်စွာကန့်သတ်ထားသည်။

(က) nano-SCE ၏ Cyclic voltammogram (x = 1.5၊ လေဟာနယ် အခြောက်ခံပြီးနောက် ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်ထားသည့်အတိုင်း) (အနီရောင်) နှင့် ILE ရည်ညွှန်းချက် (အနက်ရောင်) တို့ကို Li ဖြင့် လုပ်ဆောင်ခြင်း၊ တန်ပြန်ခြင်းနှင့် ရည်ညွှန်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် လုပ်ဆောင်ခြင်း (SEI ခုခံမှုမှ ခန့်မှန်းထားသည်) cathodic current တွင် IR ကျဆင်းမှုသည် ILE နှင့် SCE အတွက် 0.9 နှင့် 1.8 kilo-ohm·cm2 ဖြစ်သည်)။(ခ) Li/SCE (x = 1)/100-nm ပါးလွှာသောဖလင် LiMn2O4 ဆဲလ်၏ ဂယ်ဗာနစ်အားသွင်း/ထုတ်လွှတ်မှုမျဉ်းကွေးများသည် 1C၊ 5C နှင့် 20C တွင် ငါးပတ်ကြာလည်ပတ်နိုင်သည်။(ဂ) Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 နှင့် Li/SCE/30-μm LiFePO4 အမှုန့်လျှပ်ကူးပစ္စည်းဆဲလ်များ (1 mV/s) ၏ Cyclic voltammograms။(ဃ) 1C၊ 0.1C၊ 0.2C နှင့် 0.02C ရှိ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 အမှုန့်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ Galvanic အားသွင်း/ထုတ်လွှတ်မှုမျဉ်းကွေးများ။(င) 1C၊ 0.5C၊ 0.2C၊ 0.1C၊ 0.05C နှင့် 0.01C တွင်ရှိသော Li/SCE/30-μm LiFePO4 အမှုန့်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ Galvanic charge/discharge မျဉ်းကွေးများ။(စ) စွမ်းရည် (အတိမ်အနက်အတွက် စိန်များ အပြည့်နှင့် အလင်းပြန်ခြင်းအတွက် အဖွင့်စတုရန်းများ) Li/SCE/30-μm LiFePO4 အမှုန့်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ စက်ဝန်းနံပါတ်နှင့်၊ဆဲလ်များရှိ SCE ၏အထူသည် 280 μm ခန့်ဖြစ်သည်။LFP နှင့် LTO cathode ၏သိပ်သည်းဆသည် 1.9 နှင့် 11.0 mg/cm2 ခန့်ဖြစ်သည်။(ဆ) လက်ရှိသိပ်သည်းဆ 0.1၊ 0.2၊ 0.5 နှင့် 0.1 mA/cm2 တွင် စက်ဘီးစီးထားသော Li/SCE/Li stack ၏ ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော အချိန်မျဥ်းကွေးများ။(H) 0.1 mA/cm2 တွင် အလေးပေးထားသော Li/SCE/Li stack ၏ 1st၊ 10th၊ 125th နှင့် နောက်ဆုံး polarization ကို (G) တွင်ပြသထားသည်။(G) နှင့် (H) အတွက် SCE သည် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း 0. 34 mS/cm ရှိပြီး SCE pellet ၏ အထူမှာ 0.152 cm ဖြစ်သည်။

100-nm LiMn2O4 (LMO) ပါးလွှာသော ဖလင်ကို အမှုန်ပေါင်းစပ်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (37) တွင် ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော ပေါင်းစပ်လျှပ်ကူးပစ္စည်း (37) ၏ တည်ငြိမ်မှုကို စမ်းသပ်ရန် မော်ဒယ်အပြုသဘော လျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုခဲ့သည်။ပါးလွှာသောဖလင်လျှပ်ကူးပစ္စည်း/SCE stack ၏ စက်ဘီးစီးခြင်းစွမ်းဆောင်ရည်သည် electrode နှင့် electrolyte အကြားကြားခံ၏တည်ငြိမ်မှုကိုပြသသည်။ဤပုံစံငယ်တွင် ပါးလွှာသောဖလင်တပ်ဆင်မှုတွင် electrolyte နှင့် electrode ကြားတွင် တစ်ခုတည်းသော၊ ကောင်းမွန်စွာသတ်မှတ်ထားသော၊ နှင့် planar interface အဆက်အသွယ်တစ်ခုသာရှိသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ၊ ၎င်းသည် အသံအတိုးအကျယ်ပြောင်းလဲမှုပြဿနာများမရှိဘဲ electrolyte/electrode interface ၏ electrochemistry ကိုလေ့လာရန် အကောင်းဆုံး platform တစ်ခုဖြစ်သည်။ စသည်တို့လည်း ဤစမ်းသပ်မှုတွင်၊ Li-foil တန်ပြန်လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ စွမ်းဆောင်ရည်နှုန်းကို ကန့်သတ်မထားဘဲ၊ လက်ရှိသိပ်သည်းဆ (1C အတွက် 6 μA/cm2) သည် လီသီယမ်တစ်ဝက်အတွက် တည်ငြိမ်သော anodic လက်ရှိကုန်းပြင်မြင့်ထက် နိမ့်နေသောကြောင့်၊ ဆဲလ် (0.03 mA/cm2)။ပြန်လည်ထုတ်လုပ်နိုင်သော တည်ငြိမ်သော အားသွင်း/ထုတ်လွှတ်မှု မျဉ်းကွေးများကို C-rates 1 နှင့် 20C အကြားတွင် 4.3 V တွင် ဖြတ်တောက်ထားသော ဗို့အားအတွက် ရရှိသည်။ (ပုံ။ 6B)။LMO သည် LiB အတွက် အရည် electrolyte တွင် မတည်ငြိမ်ပါ။ဥပမာအားဖြင့်၊ LiClO4/propylene carbonate electrolyte 1C (37) တွင် 10 ပတ်ကြာ 10-nm LMO ဖလင်အားသွင်းမှုမှ ထုတ်လွှတ်သော 100-nm LMO ဖလင်အားသွင်းမှုတွင် 50% စွမ်းရည်လျှော့ချခြင်းကို တွေ့ရှိခဲ့သည်။ကျွန်ုပ်တို့၏ရလဒ်များက နာနို-SCE သည် ပုံမှန်အရည်လျှပ်ထရိုရိုက်ထက် LMO နှင့် ပိုမိုသဟဇာတဖြစ်ကြောင်း ပြသသည်။

နာနို-SCE ၏ ပေါင်းစပ်မှုကို သရုပ်ပြရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် Li4Ti5O12 (LTO) နှင့် LiFePO4 (LFP) အမှုန့်လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖြင့် ဆဲလ်တစ်ဝက်ကို ဖန်တီးခဲ့သည်။ရှေ့ပြေးဖြေရှင်းချက်အား အကြွေစေ့ဆဲလ်ထဲသို့ ရော့ချကာ အခြောက်ခံကာ nano-SCE အလုံးများကဲ့သို့ပင် အခြောက်ခံကာ ထပ်ကာထပ်ကာ gelation ပြုလုပ်ရန် ကျန်ခဲ့သည်။ဆဲလ်များသည် သက်ဆိုင်ရာလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ အသွင်သဏ္ဌာန်တူခြင်း/ကွဲအက်ခြင်းကို ပြသသည် (ပုံ။ 6C)။LFP အတွက် LTO ထက် အနိမ့်ဆုံး ရေစီးကြောင်းများသည် အပေါ်ယံအထူ၏ ကွာခြားမှုကြောင့် ဖြစ်သည်။30- မှ 40-μm-အထူလျှပ်ကူးပစ္စည်းအပေါ်ယံပိုင်း၏ထိပ်တွင်ဖွဲ့စည်းထားသော nano-SCE အလွှာပေါ်တွင်ဖိထားသော Li-foil တန်ပြန်လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖြင့် အားသွင်း/ထုတ်လွှတ်မှုတိုင်းတာမှုအတွင်း နှုန်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည် (ပုံ 6၊ D နှင့် E)။LTO/nano-SCE/Li ဆဲလ်သည် ၎င်း၏အမြင့်ဆုံးစွမ်းဆောင်ရည် 160 mA·hour/g နိမ့်သော C-rate 0.02C (ပုံ. 6D) တွင်သာ ရောက်ရှိခဲ့သည်။0.1C ထက်ကြီးသော C-rate များအတွက် 10% အောက်သာရှိသဖြင့် သုံးစွဲနိုင်သောစွမ်းရည်သည် လျင်မြန်စွာကျဆင်းသွားသည်။အလားတူပင်၊ LFP/SCE/Li ဆဲလ်သည် ၎င်း၏အမြင့်ဆုံးစွမ်းရည် 140 mA·hour/g ခန့် 0.01C (ပုံ. 6E) တွင် ရောက်ရှိခဲ့သည်။ပုံ 6F သည် စုစုပေါင်း 30 လည်ပတ်မှုအတွက် နှုန်းစွမ်းဆောင်ရည်ကိုပြသပြီး တည်ငြိမ်သောဆဲလ်ဖွဲ့စည်းပုံကိုပြသသည်။ဤစမ်းသပ်ချက်များသည် Li-ion electrolyte အဖြစ် nano-SCE ၏ လုပ်ဆောင်နိုင်စွမ်းနှင့် Li-ion ဆဲလ်များတွင် ပေါင်းစည်းရန် ဖြစ်နိုင်ချေကို သရုပ်ပြပါသည်။

nano-SCE ၏ တည်ငြိမ်မှု သို့မဟုတ် လည်ပတ်နိုင်မှုကို Li/SCE/Li symmetric stack ကို အသုံးပြု၍ စမ်းသပ်ခဲ့သည်။၎င်းကို လက်ရှိသိပ်သည်းဆ 0.1 mA/cm2 ဖြင့် 0.5 နာရီ (ပုံ. 6G) တွင် ပြဿနာတစ်စုံတစ်ရာ သို့မဟုတ် dendrite ဖွဲ့စည်းခြင်း (ပုံ. 6H) ဖြင့် လည်ပတ် 120 ကျော်ဖြင့် လည်ပတ်ခဲ့သည်။ပိုလာဇေးရှင်းဗို့အားသည် အချိန်ကြာလာသည်နှင့်အမျှ သေးငယ်လာပြီး အဆက်အသွယ်၏ တိုးတက်ကောင်းမွန်လာမှုကို ညွှန်ပြသည်။ထို့အပြင်၊ ဆဲလ်အား လက်ရှိသိပ်သည်းဆ 0.5 mA/cm2 အထိ အလေးပေးထားပြီး၊ လီသီယမ် ဒန်းဒရိုက်များ သို့မဟုတ် နာနို-SCE သို့မဟုတ် အင်တာဖေ့စ် (ပုံ. 6G) ၏ ယိုယွင်းပျက်စီးမှု လက္ခဏာများ မရှိဘဲ၊သတ္တုလစ်သီယမ်သည် BMP-TFSI-based ILEs (27) တွင် ၎င်း၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အကာအကွယ် interphase အလွှာ သို့မဟုတ် SEI ဖွဲ့စည်းရန် လူသိများသည်။ဤတုံ့ပြန်မှုသည် lithium/nano-SCE interface တွင်လည်း ဖြစ်ပေါ်သည်။ပုံ 6A တွင် ဆွေးနွေးထားသည့်အတိုင်း SEI သည် ILE ထက် nano-SCE အတွက် SEI ခံနိုင်ရည်ပိုမိုမြင့်မားကြောင်း ရှင်းပြထားသည့် SEI သည် ချွေးပေါက်အတွင်းပိုင်း၌ အနည်းငယ်ကြီးထွားနိုင်သည် (အထက်တွင်ကြည့်ပါ)။SEI အလွှာအတွက် အထောက်အထားကို IR spectra (ပုံ။ S9) မှ ရယူခဲ့သည်။နောက်ထပ်တုံ့ပြန်မှုကိုရှောင်ရှားရန် ဂရပ်ဖိုက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းမှ ဂရပ်ဖိုက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းကို SEI coating နှင့်ဆင်တူသည်၊ ဤနေရာတွင် SEI သည် သတ္တုလစ်သီယမ် anode မှ နောက်ထပ်တုံ့ပြန်မှုမှ ရေခဲရေအလွှာကိုကာကွယ်ပေးသည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ယုံကြည်ပါသည်။10 နာရီကြာ Li/nano-SCE (x = 1.5) ၏ polarization မတိုင်မီနှင့် အပြီးတွင် impedance spectra သည် bulk electrolyte resistance ပြောင်းလဲမှု မပြပါ။လီသီယမ်သတ္တုဖြင့် နာနို-SCE ၏ နှေးကွေးခြောက်သွေ့သော နာနို-SCE ကို ဖယ်ထုတ်ရန် တာရှည်စက်ဘီးစီးခြင်း စွမ်းဆောင်ရည် တိုင်းတာမှုများ လိုအပ်သော်လည်း၊ ဤရလဒ်များသည် လစ်သီယမ်သတ္တုအခြေခံသော စလင်းစတိတ်ဘက်ထရီများတွင် SCE ၏ စက်ဘီးစီးနိုင်မှု အလားအလာကို ပြသထားပြီးဖြစ်သည်။မည်သို့ပင်ဆိုစေကာမူ၊ အတု interphase coatings များသည် အင်တာဖေ့စ် impedance ကို လုံးဝတိုးတက်ကောင်းမွန်လာစေရန် ထည့်သွင်းစဉ်းစားနိုင်ပါသည်။

OH-terminated silica မျက်နှာပြင်များပေါ်တွင် chemisorbed water layer ကို နိဒါန်းပျိုးခြင်းဖြင့် silica interfaces တွင် ion conduction မြှင့်တင်ခြင်းကို အောင်မြင်ကြောင်း ပြသထားပါသည်။TFSI anions သည် ဤရေ၏လုပ်ငန်းဆောင်တာအလွှာတွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်နှောင်ကြိုးဖြင့် ဆစ်မက်ထရစ် O═S═O အုပ်စုနှင့် ပေါင်းစပ်ပေးသည်။ရေမျက်နှာပြင်အလွှာသည် ရွေ့လျားနိုင်ခြင်းမရှိသောကြောင့် စုပ်ယူထားသော TFSI အလွှာကို မျက်နှာပြင်တွင် တွယ်ကပ်ထားသည်။ကြီးမားသော BMP cations များသည် TFSI monolayer နှင့် ဆက်စပ်နေသောကြောင့် မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် TFSI-BMP ၏ မော်လီကျူးအမိန့်ပေးမှုကို မိတ်ဆက်ပေးသည်။ရေ၏ပတ်ဝန်းကျင်တွင် နှေးကွေးသော gelation နှင့် ခြောက်သွေ့မှုနှေးကွေးခြင်းသည် အလုပ်လုပ်နိုင်သော ရေအလွှာနှင့် ၎င်းအပေါ်တွင် ဖွဲ့စည်းထားသော အော်ဂဲနစ်အိုင်းယွန်းအလွှာအတွက် ကူညီပေးသည်ဟု ကျွန်ုပ်တို့ယုံကြည်ပါသည်။ပထမ TFSI anion အလွှာသည် hydroxylated silica နှင့် ၎င်း၏အနှုတ်အားကို တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းမျှဝေထားသောကြောင့်၊ အပေါ်မှ BMP cation အလွှာသည် အခြား TFSI anion နှင့် ဆက်စပ်မှုကို ရှာလိမ့်မည်၊ ယင်းမှာ BMP အများအပြားသည် ၎င်းတို့၏ ပေးလျော်မထားသော အခကြေးငွေကို TFSI တစ်ခုနှင့် မျှဝေနိုင်သည် (ဖြစ်နိုင်သည်မှာ ပါရှိထားသည့်အတိုင်း သုံးမှ တစ်ခုအထိ ဖြစ်နိုင်သည်။ ILE ရှိ IL နှင့် Li-TFSI အချိုး)။Li-TFSI ဆားမော်လီကျူးများသည် အနီးစပ်ဆုံးချဉ်းကပ်မှုဖြစ်သောကြောင့် Li+ အိုင်းယွန်းများသည် ကွဲထွက်ပြီး ဤကြားခံအလွှာတစ်လျှောက် လျင်မြန်စွာပျံ့နှံ့မှုအတွက် အခမဲ့သတ်မှတ်ပေးမည်ဖြစ်သည်။ပိုမိုကောင်းမွန်သောအကူးအပြောင်းအတွက်၊ ဤအခမဲ့ Li+ မျိုးစိတ်များသည် ဖြတ်သန်းရွေ့လျားရန်အတွက် အနည်းဆုံး နောက်ထပ် အိုင်အိုနစ်အရည်အလွှာတစ်ခု လိုအပ်ပါသည်။ဤအကြောင်းကြောင့်၊ 0.5 x တန်ဖိုးနည်းသော nano-SCE သည် ILE ထုထည်/ဆီလီကာ မျက်နှာပြင်ဧရိယာသည် ပိတ်ထားသော monolayer တစ်ခုအတွက်သာ လုံလောက်သောကြောင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော conductivity မတွေ့ရှိရပါ။

အစိုင်အခဲကဲ့သို့ မျက်နှာပြင်ရေ သို့မဟုတ် ရေခဲအလွှာသည် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒအရ တက်ကြွမှုမရှိကြောင်း ထပ်မံပြသခဲ့သည်။ဤအချိန်တွင်၊ လျှပ်ကူးပစ္စည်းမျက်နှာပြင်နှင့် တိုက်ရိုက်ထိတွေ့သော ရေခဲရေများသည် ဓာတ်ပြုခြင်းမရှိကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ မဖယ်ထုတ်နိုင်ပါ။သို့သော်၊ မျက်နှာပြင်ရေများ ပျံ့နှံ့မှု နှေးကွေးပြီး ထောက်လှမ်းမှုအတွက် kinetically အားနည်းကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ပြသခဲ့သည်။ရေညစ်ညမ်းမှုမှာ သေးငယ်သော်လည်း ညစ်ညမ်းမှုမှာ အမြဲတမ်းစိုးရိမ်စရာဖြစ်နေကြောင်းနှင့် တာရှည်သက်တမ်းစမ်းသပ်မှုများမှသာလျှင် ရေလုံလောက်စွာချည်နှောင်ထားခြင်းရှိမရှိကို တိကျသေချာသောအဖြေကိုပေးစွမ်းနိုင်သည်ကို ကျွန်ုပ်တို့သိရှိနားလည်ပါသည်။သို့သော်လည်း အလားတူ သို့မဟုတ် ပိုကြီးသော မျက်နှာပြင်မြှင့်တင်မှုပေးသည့် အခြားသော လုပ်ဆောင်နိုင်သော မျက်နှာပြင်အလွှာများကို ယခု တီထွင်နိုင်ပြီဖြစ်သည်။ဤကိစ္စတွင်၊ Li အုပ်စုသည် အလုပ်လုပ်သောအုပ်စု (18) အဖြစ် glycidyloxypropyl အလွှာ၏ အလားအလာကို ပြသထားပြီးဖြစ်သည်။ရေခဲရေသည် ဆီလီကာမှ ဇာတိဖြစ်ပြီး ထို့ကြောင့် ဤနေရာတွင် အောင်မြင်စွာ သရုပ်ပြထားသည့်အတိုင်း အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးမှုမြှင့်တင်ရေးအပေါ် မျက်နှာပြင်လုပ်ဆောင်နိုင်မှု၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန် အထူးသင့်လျော်ပါသည်။ထို့အပြင်၊ mesophase အလွှာနှင့်၎င်း၏ dipole သည် အောက်ဆိုဒ်နှင့် စုပ်ယူထားသော အော်ဂဲနစ်မော်လီကျူးများပေါ်တွင်မူတည်ပြီး နှစ်ခုလုံးကို ချိန်ညှိနိုင်သည်။ဓာတ်ခွဲခန်းတွင်၊ မတူညီသော ionic အရည်များအတွက် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးမှုမြှင့်တင်ရေးတွင် ကြီးမားသောကွာခြားချက်များကို ပြသထားပြီးဖြစ်သည်။ထို့အပြင်၊ ပြထားသောနိယာမသည် အိုင်းယွန်းကူးယူမှုဆီသို့ ယေဘူယျဖြစ်ပြီး ထို့ကြောင့်၊ ဥပမာ၊ ဆိုဒီယမ်၊ မဂ္ဂနီဆီယမ်၊ ကယ်လ်စီယမ် သို့မဟုတ် အလူမီနီယံအိုင်းယွန်းဘက်ထရီများအတွက် သင့်လျော်သော မတူညီသော အိုင်းယွန်းစနစ်များအတွက်လည်း အသုံးချနိုင်သည်။နိဂုံးချုပ်အားဖြင့်၊ ဤနေရာတွင်ပြသထားသည့် ကြားခံအကူးအပြောင်းရှိသော nanocomposite electrolyte သည် အိုင်ယွန်းလျှပ်ကူးယူမှု၊ သယ်ယူပို့ဆောင်ရေးနံပါတ်၊ လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒပြတင်းပေါက်၊ ဘေးကင်းမှု၊ နှင့် အနာဂတ်ဘက်ထရီဆဲလ်မျိုးဆက်များအတွက် ကုန်ကျစရိတ်နှင့် နောင်လာမည့်ဘက်ထရီဆဲလ်မျိုးဆက်များအတွက် ကုန်ကျစရိတ်ကို (nano) အင်ဂျင်နီယာအဖြစ် နောက်ထပ် (nano) အင်ဂျင်နီယာအဖြစ် ဖန်တီးထားခြင်းထက် အယူအဆတစ်ခုဖြစ်သည်။ .

nano-SCE ကို sol-gel နည်းလမ်းဖြင့် ပြင်ဆင်ခဲ့သည်။Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Li-TFSI၊Sigma-Aldrich;99.95%)၊ deionized H2O 0.5 ml၊ TEOS 0.5 ml (Sigma-Aldrich; 99.0%)၊ 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%)၊ PGME ၏ ml ကို ဖန်ပုလင်းတစ်လုံးတွင် ရောစပ်ထားသည်။အရောအနှောရှိ အံသွားအချိုး x၊ [BMP][TFSI] နှင့် TEOS အကြား 0.25 နှင့် 2 အကြား ကွဲပြားပါသည်။ Li[TFSI] နှင့် [BMP][TFSI] ၏ အံသွားအချိုးကို 0.33:1 တွင် ပုံသေသတ်မှတ်ထားသည်။Li[TFSI] နှင့် [BMP][TFSI] ပမာဏများကို ဤအချိုးများမှ ဆုံးဖြတ်ခဲ့သည်။ဥပမာ၊ x = 1 ဖြစ်သောအခါ၊ အဖြေတွင် ထပ်လောင်း [BMP][TFSI] နှင့် Li[TFSI] တို့သည် 0.97 နှင့် 0.22 g အသီးသီးဖြစ်သည်။အရောအနှောများကို monophasic ဖြေရှင်းချက်များဖွဲ့စည်းရန် 1 မိနစ်ကြာလှုပ်ယမ်းခဲ့သည်။ထို့နောက် အဆိုပါဖြေရှင်းချက်များကို အပူချိန်နှင့် RH% 25°C နှင့် 50% အသီးသီးသတ်မှတ်ထားသည့် အပူချိန်နှင့် စိုထိုင်းဆထိန်းချုပ်သောအခန်း (SH-641၊ ESPEC Corp.) တွင် ဂျယ်များဖွဲ့စည်းရန် မမွှေဘဲ အပိတ်ပုလင်းများတွင် သိမ်းဆည်းထားပါသည်။x ပေါ်တွင်မူတည်၍ အရောအနှောများသည် ကြည်လင်သော ဂျယ်လ်တစ်ခုရရှိရန် ပျမ်းမျှအားဖြင့် ၅ ရက်မှ ၉ ရက်အထိ ကြာပါသည်။gelation ပြီးနောက်၊ 2.4- မှ 7.4-ml ရှိသော ဂျယ်ပုလင်းများကို 40°C တွင် လေးရက်ပြည့်အောင် အခြောက်ခံပြီး ဖိအားအနည်းငယ် (80 kPa) ဖြင့် အခြောက်ခံပြီးနောက် 25°C တွင် 72 နာရီကြာ လေဟာနယ်မီးဖိုသို့ ရွှေ့ပြောင်းထားသည်။ကျန်ရှိသော အစိုဓာတ်ကို ဖယ်ရှားလိုက်သည်နှင့် ၁ ရက်ခန့်အကြာတွင် လေဟာနယ်သည် ကနဦး ဖိအား 50 Pa ဝန်းကျင်မှ 1 ရက်ခန့်အကြာတွင် နောက်ဆုံး အဆက်မပြတ် ဖိအား 5 Pa သို့ တဖြည်းဖြည်း လျော့နည်းသွားသည်။ဖယ်ရှားပစ်ရသည့် ရေနှင့် PGME အမြောက်အမြားကြောင့် ရရှိလာသော SCE အလုံးများသည် မူလဂျယ်ပမာဏ၏ 20% (x = 0.5) မှ ~ 50% (x = 2) သို့ ကျုံ့သွားပါသည်။ရလာတဲ့ gels တွေရဲ့ အလေးချိန်ကို semimicro balance (SM 1245Di-C, VWR) နဲ့ တိုင်းတာပါတယ်။

TGA ကို နိုက်ထရိုဂျင်အောက်ရှိ Q5000 IR (TA Instruments၊ New Castle, DE, USA) တွင် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။တိုင်းတာမှုအတွင်း၊ နမူနာများကို အပူနှုန်း 2°C/min တွင် 700°C အထိ အပူပေးခဲ့သည်။FTIR spectrometry ကို လှိုင်းနံပါတ် 4000 မှ 400 cm−1 အတွင်းရှိ Bruker Vertex 70 ကို အသုံးပြု၍ ထုတ်လွှင့်မှုမုဒ်တွင် ပြုလုပ်ခဲ့သည်။သူသည် pycnometry ကို Micromeritics AccuPyc II 1340 ကို အသုံးပြု၍ လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။

အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို တိုင်းတာရန်အတွက်၊ Ar-filled လက်အိတ် (0.1-ppm H2O နှင့် 0.1-ppm O2) အတွင်းရှိ မိခင်ဖန်ပုလင်းမှ SCE ပမာဏ အနည်းငယ်ကို ထုတ်ယူခဲ့သည်။SCE ၏ ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 23 μl ကို 4.34 မီလီမီတာ အတွင်းအချင်းနှင့် 1.57 မီလီမီတာ အမြင့်ရှိသော polytetrafluoroethylene (PTFE) လက်စွပ်တွင် ဖြည့်ထားသည်။ထို့နောက် သံမဏိ (SS) ဒစ်ပြား (၀.၂ မီလီမီတာ အထူ၊ MTI) နှစ်ခုကြားတွင် ကွင်းအတွင်းမှ ခဲလုံးအား ညှပ်ထားသည်။ကြိမ်နှုန်းအကွာအဝေးတွင် 1 MHz မှ 1 Hz မှ AC amplitude 5 mV ဖြင့် PGSTAT302 (Metrohm) ကို အသုံးပြု၍ Impedance တိုင်းတာမှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့သည်။အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း (σi) ကို Nyquist ကွက်များရှိ တကယ့်ဝင်ရိုးနှင့် ကြိမ်နှုန်းမြင့် ကြားဖြတ်မှ ဆုံးဖြတ်ခဲ့သည်။လျှပ်ကူးနိုင်မှုကို တိုင်းတာပြီးနောက်၊ nano-SCE pellet သည် လက်အိတ်သေတ္တာအတွင်း ပိုမိုခြောက်သွေ့သွားစေရန် ခွင့်ပြုခဲ့သည်။အပူချိန် မှီခိုမှု တိုင်းတာခြင်းအတွက်၊ SS/SCE/SS stacks များကို အကြွေစေ့ဆဲလ်တစ်ခုတွင် တံဆိပ်ခတ်ထားသည်။တံဆိပ်ခတ်ပြီးနောက်၊ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းသည် ရက်အတော်ကြာ ဆက်လက်တည်မြဲနေပါသည် (ပုံ။ S3 ကိုကြည့်ပါ)။အကြွေစေ့ဆဲလ်များ၏ အပူချိန်ကို အလုပ်လုပ်ကြားခံအဖြစ် H2O/ethylene glycol ကို အသုံးပြု၍ အပူရေချိုးသည့်အပူအင်္ကျီဖြင့် ထိန်းချုပ်ထားသည်။ဆဲလ်များကို −15 ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်ခန့်အထိ အအေးခံပြီး 60 ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်အထိ အဆင့်အလိုက် အပူပေးသည်။

နာနို-SCE ပြားတစ်ခုစီမှ၊ ခန့်မှန်းခြေ 23 μl ကို ထိန်းချုပ်ထားသော စိုထိုင်းဆရှိသော N2-ဖြည့်ထားသော လက်အိတ်အတွင်း လျှပ်စစ်တိုင်းတာမှုများအတွက် (4.34-mm အတွင်းအချင်းနှင့် 1.57-mm အမြင့်) အဝိုင်းထဲသို့ ယူဆောင်လာခဲ့သည်။ထို့နောက် SCE ပါရှိသည့် လက်စွပ်ကို SS ဒစ်ပြားနှစ်ခု (အထူ 0.2 မီလီမီတာ၊ MTI) အကြား ညှပ်ထားသည်။Impedance တိုင်းတာမှုများကို PGSTAT302 (Metrohm) AC amplitude 5 mV နှင့် Nova ဆော့ဖ်ဝဲလ်မှတစ်ဆင့် ထိန်းချုပ်ထားသော 1 MHz မှ 1 Hz အကြား ကြိမ်နှုန်းဖြင့် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။နမူနာများကို RH % တန်ဖိုးတစ်ခုစီတွင် ၄၈ နာရီကြာ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း တည်ငြိမ်သွားသည်အထိ စောင့်ကြည့်ခဲ့သည်။ပေးထားသော RH% တန်ဖိုး (σi) အတွက် တည်ငြိမ်သော အိုင်ယွန်လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို Nyquist ကွက်များရှိ အစစ်အမှန်ဝင်ရိုးနှင့် ကြိမ်နှုန်းမြင့် ကြားဖြတ်စနစ်မှ ဆုံးဖြတ်ခဲ့သည်။

Li[BMP][TFSI] ILE နှင့် မပါသော ခဲပြား၏ ပုံသဏ္ဍာန်ကို 1.5 မှ 2.0 kV တွင် Thermo Fisher Scientific Apreo tool ဖြင့် SEM ဖြင့် စစ်ဆေးခဲ့သည် တိုက်ရိုက်ပုံ ချိန်ညှိမှုများနှင့် ပြသထားသော SEM ပုံများကို မှတ်တမ်းတင်ရန်အတွက် T2 detector ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။နမူနာကို ကာဗွန်လျှပ်ကူးတိပ်ဖြင့် ပြုပြင်ထားသည်။TEM ကို 300 kV ဖြင့် လုပ်ဆောင်နေသော Tecnai ကို အသုံးပြု၍ လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။

ILE ကို မတူညီသောနည်းလမ်းနှစ်ခုဖြင့် SCE pellet မှဖယ်ရှားခဲ့သည်။Li[BMP][TFSI] ILE ကိုထုတ်ယူရန် SCE ကို acetone တွင် ၁၂ နာရီကြာ နှစ်မြှုပ်ခြင်းဖြင့် ရရှိရန် ရွေးချယ်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။ဤသုတ်ကို သုံးကြိမ် ထပ်ခါတလဲလဲ လုပ်သည်။အခြားရွေးချယ်စရာမှာ SCE ကို အီသနောတွင် စိမ်ထားခြင်းဖြစ်သည်။ဤကိစ္စတွင်၊ CO2 ၏အရေးကြီးသောအချက်ပြစက်ကိုအသုံးပြု၍ အီသနောကိုဖယ်ရှားခဲ့သည်။

အခြောက်ခံခြင်းအတွက် မတူညီသော ကိရိယာနှစ်ခုဖြစ်သည့် Automegasamdri-916B၊ Tousimis (နည်းလမ်း 1) နှင့် JASCO Corporation (နည်းလမ်း 2) မှ စိတ်ကြိုက်တည်ဆောက်သည့်ကိရိယာကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ပထမကိရိယာကိုအသုံးပြုသောအခါ အခြောက်ခံမှုအဆင့်သည် အပူချိန် ၈ ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်အထိ ကျဆင်းသွားခဲ့သည်။နောက်ပိုင်းတွင် CO2 ကို အခန်းတွင်းမှ သန့်စင်စေပြီး ဖိအား 5.5 MPa သို့ တိုးလာခဲ့သည်။အောက်ပါအဆင့်တွင်၊ CO2 ကို 41°C တွင် အပူပေးပြီး ဖိအား 10 MPa သို့ တိုးပြီး 5 မိနစ်ကြာအောင် ထားပါ။နိဂုံးချုပ်ရန်၊ သွေးထွက်သည့်အဆင့်တွင်၊ အချိန် 10 မိနစ်အတွင်း ဖိအားလျော့ကျသွားသည်။စိတ်ကြိုက်တည်ဆောက်ထားသောတူးလ်ကို အသုံးပြုသောအခါ၊ အလားတူအစီအစဥ်ကို လိုက်နာခဲ့သည်။သို့သော် အချိန်နှင့် ဖိအားများ သိသိသာသာ ကွာခြားသွားသည်။သန့်စင်ခြင်းအဆင့်ပြီးနောက်၊ အပူချိန် 70°C တွင် ဖိအား 12 MPa သို့ တိုးလာပြီး ထိုကဲ့သို့ 5 နာရီမှ 6 နာရီအထိ ထားရှိသည်။နောက်ပိုင်းတွင်၊ 10၊ 60 နှင့် 10 မိနစ်တို့တွင် အချိန်အပိုင်းအခြားအလိုက် ဖိအားသည် 12 မှ 7 MPa၊ 7 မှ 3 MPa နှင့် 3 မှ 0 MPa ကြားကာလများတွင် လျော့နည်းသွားပါသည်။

Nitrogen physisorption isotherms ကို Micromeritics 3Flex surface characterization analyzer ဖြင့် T = 77 K ဖြင့် တိုင်းတာခဲ့သည်။ထို့နောက် ရရှိလာသော အပေါက်များသော ဆီလီကာကို 0.1-mbar ဖုန်စုပ်စက်အောက်တွင် 100°C တွင် 8 နာရီကြာ ဓာတ်ငွေ့ထုတ်ခဲ့သည်။supercritical အခြောက်ခံခြင်းမှရရှိသော အပေါက်များဖြစ်သော ဆီလီကာကို 0.1-mbar လေဟာနယ်အောက် 120°C တွင် 18 နာရီကြာ ဓာတ်ငွေ့ထုတ်လွှတ်ခဲ့သည်။ထို့နောက်တွင်၊ Micromeritics TriStar 3000 အလိုအလျောက်ဓာတ်ငွေ့စုပ်ယူမှုခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာကိရိယာကို အသုံးပြု၍ နိုက်ထရိုဂျင် physisorption isotherms ကို T = 77 K ဖြင့် တိုင်းတာခဲ့သည်။

JEOL JNM-ECX400 ကို အသုံးပြု၍ PFG-NMR တိုင်းတာမှုများကို ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ပျံ့နှံ့မှုကို တိုင်းတာခြင်းအတွက် လှုံ့ဆော်ထားသော ပဲ့တင်သံခုန်နှုန်းကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ပုံမှန်ပြုထားသော ပဲ့တင်သံအချက်ပြလျော့ချခြင်း E ကို ညီမျှခြင်း (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) g သည် gradient pulse ၏ခွန်အားဖြစ်ပြီး၊ δ သည် gradient ၏ကြာချိန်ဖြစ်သည်။ pulse၊ ∆ သည် gradient pulses ၏ ဦးဆောင်အစွန်းများကြားကြားကာလဖြစ်ပြီး γ သည် magnetogyric ratio ဖြစ်ပြီး D သည် မော်လီကျူးများ၏ self-diffusion coefficient ဖြစ်သည်။∆ Eq ဖြင့် ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့် ရရှိသော ပဲ့တင်သံအချက်ပြမှုများကို အံဝင်ခွင်ကျဖြစ်စေသော ကိုယ်တိုင်ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းများကို ခန့်မှန်းတွက်ချက်ထားပါသည်။1. 7Li အား လီသီယမ်အိုင်းယွန်း၏ ပျံ့နှံ့မှုကိန်းဂဏန်းကို ဆုံးဖြတ်ရန် ရွေးချယ်ခဲ့သည်။တိုင်းတာမှုအားလုံးကို 30°C တွင်ပြုလုပ်ခဲ့သည်။

Raman spectroscopy စနစ်ထည့်သွင်းမှုသည် ပြောင်းပြန်လှန်ထားသော Olympus IX71 အဏုစကုပ်နှင့် ပေါင်းစပ်ထားသော 458-nm လေဆာရောင်ခြည်ဖြင့် ချိန်ညှိနိုင်သည့် အာဂွန်အိုင်းယွန်းကို အသုံးပြု၍ အိမ်လုပ်စနစ်ဖြစ်ပြီး၊ TriVista triple spectrometer စနစ်ထည့်သွင်းမှုမှတစ်ဆင့် ဖြတ်သန်းသွားသည် (Princeton တူရိယာများ ) နိုက်ထရိုဂျင်အအေးခံထားသော အားသွင်းကိရိယာကင်မရာကို အသုံးပြု၍ တွေ့ရှိသည့် အလင်းလှိုင်းများကို ဖြန့်ကျက်ရန် အသုံးပြုခဲ့သည်။ဤလှိုင်းအလျားများတွင် အလင်းအား မြင့်မားစွာ စုပ်ယူနိုင်သောကြောင့် လေဆာအပူပေးခြင်း (<100 W·cm−2) ကို ရှောင်ရှားရန် အတော်လေးနည်းသော လေဆာစွမ်းအားများကို အသုံးပြုခဲ့သည်။

DFT မြေပြင်အခြေအနေ ဂျီသြမေတြီ ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုကြိမ်နှုန်း တွက်ချက်မှုများသည် Becke-Johnson damping scheme (D3BJ) ဖြင့် နာမည်ကျော် B3LYP ပေါင်းစပ်လုပ်ဆောင်နိုင်သော နှင့် 6-311++G** အခြေခံအစုံကို အသုံးပြုထားသည်။ ORCA 3.0.3 (40) တွင် အကောင်အထည်ဖော်ခဲ့သည်။Raman spectra ကို ORCA သုံးပြီး အတုယူကာ Avogadro software package (41) ကို အသုံးပြု၍ ORCA-supported update ဖြင့် မော်လီကျူးဂုဏ်သတ္တိများကို ပုံဖော်နိုင်ခဲ့ပါသည်။

လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ တိုင်းတာမှုများနှင့် ဆက်စပ်နမူနာပြင်ဆင်မှုအားလုံးကို အာဂွန်ဖြည့်ထားသော လက်အိတ် (PureLab၊ PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 နှင့် H2O အဆင့်) တွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာလက္ခဏာရပ်များအတွက် ရည်ရွယ်ပါသည်။SCE pellet အား တန်ပြန်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် ကြေးပြားပေါ်တွင် ပံ့ပိုးထားသော Li ribbon (Sigma-Aldrich; 99.9%) နှင့် Li disks (5-mm အချင်း) နှစ်ခုကို ရည်ညွှန်းပြီး အလုပ်လုပ်ရန်အတွက် SCE pellet ၏ထိပ်ပေါ်တွင် နေရာချထားသည်။ လျှပ်setup ကို ပုံတွင် ပြထားသည်။S7လီသီယမ်ရည်ညွှန်းချက်နှင့် အလုပ်လုပ်သော လျှပ်ကူးပစ္စည်းကို ဆက်သွယ်ရန်အတွက် ရွှေတံများကို အသုံးပြုခဲ့သည်။Cyclic voltammetry နှင့် impedance တိုင်းတာမှုများကို Nova software မှတဆင့် ထိန်းချုပ်ထားသော PGSTAT302 (Metrohm) ကို အသုံးပြုထားသည်။Cyclic voltammetry ကို စကင်န်နှုန်း 20 mV/s ဖြင့် လုပ်ဆောင်ခဲ့သည်။Impedance တိုင်းတာမှုများကို AC amplitude 5 mV နှင့် 1 MHz မှ 0.1 Hz အကြားရှိ ကြိမ်နှုန်းဖြင့် ပြုလုပ်ခဲ့သည်။

40-nm anatase TiO2 ပါးလွှာသော ဖလင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား ALD မှ အပ်နှံထားသော 40-nm TiN အောက်ခံလွှာပါရှိသော 300-mm ဆီလီကွန် wafer တွင် atomic layer deposition (ALD) ဖြင့် အပ်နှံထားပါသည်။TiO2 သည် စက်ဘီးစီးနေစဉ်အတွင်း ဓာတုပျက်စီးခြင်းနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဖိစီးမှု (သိသာထင်ရှားသော ထုထည်ပြောင်းလဲမှုမရှိ) ဖြစ်သောကြောင့် ၎င်းသည် အီလက်ထရွန်းများမှတစ်ဆင့် Li-ion conductivity သရုပ်ပြမှုအတွက် အကောင်းဆုံးသော စမ်းသပ် electrode တစ်ခုဖြစ်သည်။Li/SCE/TiO2 ဆဲလ်များကို တိုင်းတာရန်၊ ILE-SCE များကို အချင်း 4.3 မီလီမီတာနှင့် အထူ 0.15 စင်တီမီတာရှိသော PTFE လက်စွပ်တစ်ခုတွင် ဖြည့်ထားသည်။ထို့နောက် လက်စွပ်ကို Li foil နှင့် TiO2 ရုပ်ရှင်ကြားတွင် ညှပ်ထားသည်။

LMO လျှပ်ကူးပစ္စည်းနှင့်အတူ Nano-SCE/ပါးလွှာသောဖလင်လျှပ်ကူးပစ္စည်း တစ်ဝက်စတန်းများကို လျှပ်ကူးပစ္စည်းပေါ်ရှိ နာနို-SCE ဖလင်ကို ပေါင်းစပ်ဖန်တီးထားသည်။စုစုပေါင်း 150 μl x = 1.5 ဖြေရှင်းချက်အား 2 ရက်သက်တမ်းရှိသော electrolyte ရုပ်ရှင်များပေါ်တွင်တပ်ဆင်ထားသောဖန်ခွက် (အချင်း၊ 1.3 မီလီမီတာ) တွင် drop-cast လုပ်ခဲ့သည်။ထို့နောက် လက်စွပ်ကို parafilm ဖြင့် အလုံပိတ်ပြီး ဂျယ်အဖြစ် အလုံပိတ်ကွန်တိန်နာတွင် ၄ ရက်ကြာ သိမ်းဆည်းထားသည်။ဖွဲ့စည်းထားသော ဂျယ်/အီလက်ထရော့အကွက်များကို nano-SCE/electrode stacks များအဖြစ် အခြောက်ခံထားသည်။မိုက်ခရိုမီတာကို အသုံးပြု၍ ဆုံးဖြတ်ထားသော nano-SCE ၏ အထူမှာ 300 μm ဖြစ်သည်။နောက်ဆုံး၊ လီသီယမ်သတ္တုပြား (1.75 မီလီမီတာ အထူ၊ 99.9%; Sigma-Aldrich) အား anode အဖြစ် nano-SCE/electrode stack ပေါ်တွင် ဖိထားသည်။100-nm LiMn2O4 (LMO) ပါးလွှာသော ဖလင်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအား Ar flow အောက်တွင် ရေဒီယိုကြိမ်နှုန်း sputtering ဖြင့် 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) အောက်လွှာဖြင့် ဖုံးအုပ်ထားသော ဆီလီကွန် wafer တစ်ခုပေါ်တွင် စုဆောင်းထားသည်။ဤအစုအဝေးကို အောက်ဆီဂျင်လေထုထဲတွင် 800°C တွင် မိနစ် 20 ကြာ မွှေထားသည်။

LiFePO4 (LFP) လျှပ်ကူးပစ္စည်းရုပ်ရှင်များကို blade coating ဖြင့် ပြင်ဆင်ထားပါသည်။ပထမဦးစွာ၊ ကာဗွန်အနက်ရောင်နှင့် LFP (2 မှ 3 μm) ကို carboxymethylcellulose (CMC) ပါရှိသော aqueous solution တစ်ခုသို့ ပေါင်းထည့်ပြီးနောက် planetary mixer ကို အသုံးပြု၍ တစ်သားတည်းဖြစ်စေသော အရောအနှောကို ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းခဲ့သည်။ထို့နောက် တစ်သားတည်းဖြစ်စေသော ထုတ်ကုန်ကို ဒိုင်းယွန်ဆန်သောရေနှင့် လျှပ်ကူးပစ္စည်းအပေါ်ယံလွှာအတွက် slurry အဖြစ်ဖန်တီးရန် ဖုန်စုပ်စက်တစ်ခုတွင် ဖလိုမင်းရောင်ရှိသော acrylic latex (JSR, TRD202A) ကို ရောစပ်ထားသည်။ပြင်ဆင်ထားသော slurry ကို blade coater ကို အသုံးပြု၍ အလူမီနီယမ်သတ္တုပြားပေါ်တွင် လျှပ်ကူးပစ္စည်းထည့်ရန် သတ္တုပြားများကို လောင်းချသည်။စိုစွတ်သောလျှပ်ကူးပစ္စည်းများကို 70°C တွင် 70°C တွင် 10 မိနစ်ကြာ လေငြိမ်နေသော လေထုလေထုအတွင်း အခြောက်လှန်းထားပြီး 140°C တွင် 4 နာရီကြာ လေဟာနယ်မီးဖိုတွင် အခြောက်လှန်းထားသည်။လျှပ်ကူးပစ္စည်းအခြောက်များတွင် 91 wt% LiFePO4၊ 3 wt% ကာဗွန်အနက်ရောင်၊ 2 wt % CMC နှင့် 4 wt % TRD202A တို့ပါဝင်သည်။ဖလင်အထူသည် 30 μm (မိုက်ခရိုမီတာနှင့် စကင်န်အီလက်ထရွန်အဏုစကုပ်ကို အသုံးပြု၍ သတ်မှတ်သည်)။

Li4Ti5O12 (LTO) လျှပ်ကူးပစ္စည်းရုပ်ရှင်များကို ကြေးနီသတ္တုပြားပေါ်တွင် အလားတူပုံစံဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်။အခြောက်လျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ဖွဲ့စည်းမှုမှာ 85 wt % Li4Ti5O12၊ 5 wt % ကာဗွန်အနက်ရောင်၊ 5 wt % CMC နှင့် 5 wt % fluorinated acrylic latex (TRD2001A)။ဖလင်အထူသည် 40 μm ဖြစ်သည်။

SCE ၏ဖြေရှင်းချက်အား အမှုန်-အခြေခံ LFP နှင့် LTO လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖလင်ပေါ်တွင် drop-cast လုပ်ထားသည်။ပထမ၊ 100 μl x = 1.5 ဖြေရှင်းချက်၊ အချင်း 15 မီလီမီတာရှိသော လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖလင်တစ်ခုပေါ်တွင် အကြွေစေ့ဆဲလ်တစ်ခု (#2032၊ MTI) တွင် ချထားသည်။impregnated SCE ကို ဂျယ်လီပြီးနောက်၊ ဖလင်ကို 25°C တွင် 72 နာရီကြာ အခြောက်ခံကာ nano-SCE နှင့် electrode stack ပြုလုပ်ရန်အတွက် ဖုန်စုပ်မီးဖို (<5×10−2 mbar) တွင် အခြောက်ခံပါသည်။nano-SCE အထူသည် 380 μm ဖြစ်သည်။နောက်ဆုံး၊ anode အဖြစ် SCE/electrode stacks ပေါ်တွင် lithium foil တစ်ခုကို ဖိထားပြီး coin cell ကို တံဆိပ်ခတ်ထားသည်။လျှပ်စစ်ဓာတုတိုင်းတာမှုများကို အခန်းအပူချိန်တွင် Solartron 1470E potentiostat ကို အသုံးပြု၍ ပြုလုပ်ခဲ့သည်။

ဤဆောင်းပါးအတွက် နောက်ဆက်တွဲပစ္စည်းကို http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1 တွင် ရနိုင်ပါသည်။

ဇယား S1။N2 စုပ်ယူမှု/စုပ်ယူမှု သို့မဟုတ် BET တိုင်းတာမှုများနှင့် TEM လေ့လာတွေ့ရှိချက်များမှ ဆုံးဖြတ်ထားသော အံသွားအပိုင်းပိုင်း၏ အိုင်ယွန်းအရည် (x တန်ဖိုး) သို့ ဆီလီကာ (x တန်ဖိုး) တိုးလာရန်အတွက် nano-SCE ရှိ ဆီလီကာမက်ထရစ်၏ ဖွဲ့စည်းပုံဂုဏ်သတ္တိများ။

ဤသည်မှာ မည်သည့်ကြားခံတွင်မဆို အသုံးပြုခြင်း၊ ဖြန့်ဖြူးခြင်းနှင့် မျိုးပွားခြင်းကို ခွင့်ပြုပေးသော Creative Commons Attribution-NonCommercial License ၏ စည်းကမ်းချက်များအောက်တွင် ဖြန့်ဝေထားသော အဖွင့်သုံးခွင့်ဆောင်းပါးဖြစ်သည်၊ ထို့ကြောင့် ထွက်ပေါ်လာသောအသုံးပြုမှုသည် စီးပွားရေးအရအကျိုးအမြတ်အတွက်မဟုတ်ပဲ မူရင်းလက်ရာကို ကောင်းမွန်စွာလုပ်ဆောင်နိုင်သရွေ့ ကိုးကား။

မှတ်ချက်- သင့်အီးမေးလ်လိပ်စာကို သင်မြင်လိုကြောင်း သင်သူတို့ကို မြင်စေလိုကြောင်းနှင့် ၎င်းသည် အမှိုက်မေးလ်မဟုတ်ကြောင်း သင် အကြံပြုလိုသည့်သူကို သိစေရန်အတွက် ကျွန်ုပ်တို့က သင့်အီးမေးလ်လိပ်စာကိုသာ တောင်းဆိုပါသည်။ကျွန်ုပ်တို့သည် မည်သည့်အီးမေးလ်လိပ်စာကိုမျှ မဖမ်းမိပါ။

ဤမေးခွန်းသည် သင်သည် လူသားလာရောက်လည်ပတ်သူ ဟုတ်မဟုတ် စမ်းသပ်ရန်နှင့် အလိုအလျောက် spam တင်ပြမှုများကို တားဆီးရန်ဖြစ်သည်။

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

စာတိုက်အချိန်- ဇူလိုင်လ 15-2020