د سیلیکا جیل سالډ نانوکمپوزیټ الیکټرولایټ د انٹرفیسیل چالکتیا ترویج سره د ایونیک مایع الیکٹرولیټ فلر بلک لی آئن چالکتیا څخه ډیر

د سالډ سټیټ لی-آون بیټریو ته لیږد به د 1000 ساعت / لیټر او هاخوا د انرژي کثافت په لور پرمختګ وکړي.د میسوپورس آکسایډ میټریکس مرکبات چې د غیر متزلزل ایونیک مایع الیکٹرولیټ فلرونو سره ډک شوي د قوي الیکټرولایټ اختیار په توګه سپړل شوي.په هرصورت، د نانومیټر په اندازه سوري کې د الکترولیت محلولونو ساده محدودیت د ویسکوسیت لوړیدو سره د کم آیون چلونکي لامل کیږي.دلته، موږ په ډاګه کوو چې د نانوکومپوزیټ لی-آون چلښت چې د میسوپورس سیلیکا مونولیت څخه جوړ دی د ایونیک مایع الکترولیټ فلر سره د انټرفیسیل یخ پرت معرفي کولو له لارې د خالص ایونیک مایع الکترولیت څخه څو چنده لوړ کیدی شي.د ایونیک مایع مالیکولونو قوي جذب او ترتیب دوی بې ثباته او جامد رامینځته کوي لکه څنګه چې پخپله د انټرفیسیل یخ پرت لپاره.د adsorbate mesophase پرت باندې د ډیپول د لوړ لیږد لپاره د Li+ آیونونو د حل لامل کیږي.د آیون لیږد لوړولو ښودل شوي اصول په مختلف ایون سیسټمونو کې پلي کیدی شي.

د سولیډ سټیټ الکترولیتونه تمه کیږي چې د لی آیون بیټرۍ لپاره راتلونکی وده چمتو کړي ترڅو د 800 W·hour/liter یا 300 W·hour/kg په اوسني موجود کاتوډ او انود کیمیاوي موادو باندې پلي شوي عملي حد څخه ډیر شي.د جامد حالت بیټرۍ لپاره د انرژي کثافت کې متوقع زیاتوالی د ډیری ونډو څخه راځي، ټول په نښه کوي په حجره کې د فعالو موادو د حجم سلنې زیاتوالی.تر ټولو ډیر خپور شوی د لیتیم فلز معرفي کول دي چې د ګرافیت او ګرافیت/سیلیکون د انود په توګه ځای په ځای کړي.خالص لیتیم فلز د امکان تر حده لوړ انرژي کثافت لري او پدې توګه به لږترلږه ځای ته اړتیا ولري.په هرصورت، ډیری مسلې لاهم حل کولو ته اړتیا لري، لکه د لیتیم فلز نه بدلیدونکي عکس العمل (او په دې توګه مصرف)، د ډینډرایټ جوړیدل، د پورس ګرافیت (سلیکون) الکترودونو په پرتله د پلانر لیتیم ورقونو لپاره د اغیزمن اوسني کثافت زیاتوالی، او وروستی. مګر لږ تر لږه، د لیتیم د خارجیدو په وخت کې د لیتیم "غائبیدل" (د کمیدو) او په دې توګه د جامد الکترولیت سره د تماس له لاسه ورکول.د میخانیکي پلوه سخت طبیعت د سیرامیک جامد الیکټرولایټ واقعیا صفر موافقت لري ، او د جامد الیکټرولایټ اجزا پروړاندې د لیتیم په کلکه فشار ورکولو لپاره خورا فشارونو ته اړتیا ده.د جلا فشار ټکي د اغیزمنې سطحې ساحه نوره هم ټیټوي، چې د ځایی ډینډرایټ جوړښت او سپنج زیرمو لامل کیږي.پولیمر الکترولیتونه ډیر میخانیکي مطابقت لري مګر لاهم د خونې په حرارت کې د کافي لوړ ionic چالکتیا نه ښیې.په دې برخه کې خورا په زړه پورې نوي مواد د سیلیکا جیل الکترولیتونه دي، کوم چې د "ionogels" په نوم هم پیژندل شوي، چیرې چې یو ایونیک مایع الکترولیت (ILE) په نانوپورس سیلیکا میټرکس (1) کې محدود دی.د سیلیکا میټرکس خورا لوړ پورسیت (70 څخه تر 90٪) دا نانوکومپوزیټ الیکټرولایټ موادو ته د جیل په څیر ثبات ورکوي او پدې توګه دوی د میخانیکي پلوه د پولیمر الکترولیتونو سره ورته کوي.دا سیلیکا جیلونه کله ناکله د هایبرډ جامد الکترولیت په توګه اشاره کیږي، ځکه چې دوی مایع لري.په هرصورت، د سیلیکا نانوکمپوزیټونو لپاره، لکه څنګه چې په دې مقاله کې بیان شوي، ایونیک "مایع" الکترولیټ د جامد په څیر کیږي کله چې د لسګونو نانومیټر اندازې چینلونو کې د ویسکوسیت د زیاتوالي او د سیلیکا دیوال د جذب په واسطه محدودیږي. چینلکه د سیلیکا میټریکس یوازې د خړوب جلا کونکي په توګه عمل وکړي، نو د محدود مایع الکترولیت لپاره د ویسکوسیت زیاتوالی به د آیونیک چلونکي کمښت المل شي.پرځای یې، د ILE مالیکولونو او د سیلیکا پور دیوال تر مینځ تعامل د نانوکومپوزیت ملکیتونه د هغې د انفرادي اجزاو له مجموعې څخه توپیر کوي.په آکسایډونو کې د ایونیک مایعاتو جذب د څو نانومیټرو ضخامت پورې د جامد میسوفاز پرتونو رامینځته کیدو سره په پلانر سطحونو کې د اټومي ځواک مایکروسکوپي سره ښودل شوي (2).د آکسایډ په سطحو کې د ایونیک مایع انونونو او کیشنونو انتخابي جذب کولی شي د دې انٹرفیسونو په اوږدو کې د Li+ چالکتیا وده وکړي.البته، د اکسایډ انٹرفیسونو په اوږدو کې وده باید د پورونو په اصلي برخه کې د ILE محدودیت له لارې د کم شوي چالکتیا لپاره تاوان ورکړي یا حتی ډیر کړي.له همدې امله، د وړو سوري اندازه او د لوړ سطح څخه تر حجم تناسب غوښتل کیږي.تر دې دمه، ionogels د ion conductivity سره چې ILE ته نږدې کیږي پخپله د میسوپوروس جوړښت د اصلاح کولو لخوا ښودل شوي (3).دا پدې مانا ده چې د انٹرفیس وده لا دمخه موجوده وه مګر د بلک چالکتیا څخه ډیر حد ته نه وه.

د ionogels چمتو کول د یو همجنس مایع مخلوط څخه پیل کیږي، په کوم کې چې د اکساید میټرکس (4, 5) د ترکیب لپاره د سول جیل مخکیني محلول کې ILE اضافه کیږي.په دې ميتود کې، ILE او matrix په "حالت کې" يو مرکب جوړوي: په محلول کې مخکيني عکس العمل د ionic مايع کينډۍ په شاوخوا کې د اکسايډ ميټرکس جوړولو لپاره غبرګون کوي، چې دا په پروسه کې پوښي.د ځانګړو ترکیب شرایطو لاندې، چمتو شوی ILE-SCE (جامع مرکب الکترولیټ) کیدای شي د یو مونولیت په بڼه وي چې د ILE سره په دوامداره میسوپورس غیر عضوي اکسایډ شبکه کې ځای پرځای شوي.تر اوسه پورې، ډیری د سیلیکا پر بنسټ ILE-SCEs په دې ډول چمتو شوي، که څه هم مثالونه هم د الومینا (6)، ټیتانیا (7)، او حتی ټین اکسایډ (8) سره جوړ شوي.ډیری راپور شوي سول-جیل فارمولیشنونه ILE لري، یو الکیل سیلیکیټ لکه tetraethyl orthosilicate (TEOS) د سلیکا مخکیني په توګه، او فارمیک اسید د ریجنټ او محلول په توګه (9, 10).د دې سول-جیل پروسې لپاره د وړاندیز شوي میکانیزم (11) له مخې، سیلیکا په عمده توګه د TEOS او فارمیک اسید تر مینځ د عکس العمل لخوا تولید کیږي، که څه هم اوبه د سول جیل پروسې په جریان کې تولید کیږي.د دې فارمیک اسید پراساس "غیر الکوزي" مرکبونو سربیره ، د اوبو سول جیل فارمولیشنونه د HCl سره د کتلست په توګه او H2O د ریجنټ (جمع عضوي محلول) په توګه هم تشریح شوي ، په هرصورت ، پدې ځانګړي حالت کې د سیلیکا ترکیب ترکیب لپاره. یوازې ionic مایع (12-15).

په عموم ډول، ionogels د ILE حوالې په پرتله د ion conductivity ټیټ ښیې.د ionogels لومړی نسل د خونې د تودوخې چلونکي په ځانګړي ډول د ILE د لوی ارزښت یوازې د 30 څخه تر 50٪ پورې تړاو درلود، که څه هم ځینې مثالونه راپور شوي چې تر 80٪ پورې رسیږي (9, 10, 16, 17).د ILE مینځپانګې اغیزې او د ionogel چالکتیا په پایله کې د پور مورفولوژي لا دمخه په تفصیل سره تحقیق شوې (3)؛په هرصورت، د انٹرفیس د لوړولو اغیزو هیڅ سیسټمیک مطالعه نه ده معلومه.Wu et al.(18) پدې وروستیو کې د وضعیت په اړه د فعالیت شوي ionogel په اړه راپور ورکړی، کوم چې د ILE په پرتله د چالکتیا وده هم ورکړې.وده د سیلیکا په سطحه کې د اینون او 3-ګلیسیډیلوکسایپروپیل فعال ګروپ ترمینځ متقابل عمل ته منسوب شوی.دا موندنه د دې مفکورې ملاتړ کوي چې د سطحي فعالیت کول واقعیا کولی شي د انٹرفیس لیږد هڅونې ته وده ورکړي.

په دې کار کې، موږ په سیلیکا کې د یخ اوبو د جامد طبقې جوړښت په ډاګه کوو او د سطحي یخ فعال پرت او جذب شوي ایونیک مایع میسوفاز پرت تر مینځ د ډیپول متقابل عمل له لارې د انٹرفیسیل لی-آون لیږد میکانیزم توضیح کوو.د لوړې داخلي سطحې ساحې او د یخ یخ فعال پرت په ترکیب سره ، جامد نانوکمپوزیټ الیکټرولایټ (نانو-SCE) د لوی ILE حوالې په پرتله د 200٪ لوړ لی-ion چالکتیا سره ترلاسه شوي.د سیلیکا میټریکس د ریښتیني مونولویتیک میسوپورس جوړښت ښودل شوي چې د 90% او 1400 m2/g پورې د سوری حجم او سطحې ساحې لري ، پدې توګه د سطحې څخه تر حجم پورې خورا ډیر تناسب چمتو کوي چې د دې انٹرفیسونو په اوږدو کې د لیږدونې وده کې لوی مرسته کوي.د سیلیکا سطح د مطلوب فعالیت کولو سره یوځای د سطح څخه حجم تناسب اعظمي کولو سره ، نانو-SCE د 10 mS/cm څخه ډیر د آیون چلولو سره په احتمالي ډول انجینر کیدی شي او پدې توګه د موټرو غوښتنلیکونو لپاره د لوی ظرفیت بیټرۍ لپاره خورا زړه راښکونکي دي.

زموږ د کاغذ تمرکز د میسوفاز پرت رامینځته کولو له لارې د رامان ، فویریر ټرانسفارم انفراریډ (FTIR) ، او اټومي مقناطیسي ریزونانس (NMR) سپیکٹروسکوپي سره د میسوفاز پرت رامینځته کولو له لارې د پرمختللي انٹرفیس چالکتیا میکانیزم باندې دی.زموږ د نانو-SCE موادو د انٹرفیس ثبات په لوړ ولټاژونو کې د پتلي فلم لیتیم منګنیز آکسایډ (LMO) الکترودونو په کارولو سره ښودل شوی.په دې توګه، تمرکز د الیکٹروډ ادغام او د حجرو مجلس مسلو پر ځای په موادو باندې ساتل کیږي.په ورته ډول، د الیکټرو کیمیکل کړکۍ او د لیتیم فلزي ورق په وړاندې ثبات په بشپړه توګه مشخص شوي.زموږ د نانو-SCE فعالیت او ادغام د لیتیم اوسپنې فاسفیټ (LFP) او لیتیم ټایټانیټ (LTO) حجرو د مجلس او نرخ فعالیت ازموینې له لارې ښودل شوی.زموږ د الکترولیت ثبات او د یخ اوبو الیکرو کیمیکل غیرفعالیت د لی-SCE-Li حجرو د اوږدمهاله سایکل چلولو له لارې ښودل شوي.د انرژي کثافت اصلاح کول، د نرخ فعالیت، او د بشپړ راټول شوي حجرو سایکل چلول به د تعقیبي کاغذونو تمرکز وي (19، 20).

د دوه مرحلې مرکب سیسټمونو کې د انٹرفیسیل آئن چالکتیا ترویج د نږدې 90 کلونو لپاره پیژندل شوی (21).د مثال په توګه، د خالص لیتیم مالګې الکترولیت (22) د آیون چالکتیا په پرتله د ساده لیتیم مالګې لکه لیتیم آیوډیډ د میسوپورس آکسایډ ذرات لکه سیلیکا یا ایلومینا سره د ionic conductivity د زیاتوالي تر څلورو امرونو پورې ښودل شوي.په دې SCEs کې آیونونه کولی شي د لی آیون - تخریب شوي (یا خالي ځای څخه بډایه) بریښنایی ډبل پرت سره ډیر ګړندی توزیع کړي چې د آکسایډ/الیکټرولایټ انٹرفیس کې رامینځته شوی.له بده مرغه، د دې ساده دوه اجزاو غیر عضوي جامد - جامد مرکباتو کې ترلاسه شوي د آئن چالکتیا (1) د 1-mS/cm2 حد څخه زیاته نه ده چې د لی آئن بیټرۍ کې د اوسني راټولونکي پلیټونو ترمنځ د څو سوو مایکرو مترو فاصلو د پوره کولو لپاره اړین دي. .د ionic conductivity د انجینر کولو لپاره د اکسایډ میټرکس سره د متفاوت ډوپینګ مفهوم د پولیمر الکترولیت (23) او ILEs (24) لپاره هم سپړل شوی ، کوم چې د پیل کولو لپاره لوړ داخلي ionic چالکتیا لري.برسېره پردې، د دریمې برخې بډایه مالیکول (سټریو) کیمیا د اضافي آئن لیږد میکانیزمونه پرانیزي، ځکه چې د (di) قطبي محلول په څیر مالیکولونه ممکن د بریښنایی ډبل پرت په جوړولو کې برخه واخلي.پداسې حال کې چې د پولیټین آکسایډ پولیمر الکترولیتونو کې د ایتر ګروپونو حل کولو عمل د LiClO4 لپاره ~ 10−6 S/cm د LiN(SO2CF3)2 لپاره د ~10−5 S/cm لپاره د جامد حالت ایون چلښت چمتو کوي ، د دوی ترکیبونه د سیلیکا ، الومینا سره ، یا د تیتانیا نانو پارټیکل کولی شي په حقیقت کې د اندازه شوي آیون چلونکي (25) کې له 10 څخه ډیر زیاتوالی چمتو کړي ، له بده مرغه ، لاهم د خونې د تودوخې له حد څخه 1 mS/cm ټیټ دی.د ILE محلولونه د لی مالګې محلول او د ionic مایع محلول مخلوط دي، کوم چې دمخه د 0.1 او 10 mS/cm (26, 27) ترمنځ لوړ داخلي آیونیک چلونکي لري.د آکسایډ نانو ذرات سره د مخلوط یا جیل کولو یا په میسوپورس مایکرو پارټیکلونو (9, 16, 28, 29) کې د ILE د محدودولو له لارې د آیون چالکتیا د لوړولو لپاره ډیری هڅې شوي.په هرصورت، تر دې دمه، د دریو اجزاوو لی-مالګه/ایونیک مایع/اکسایډ مرکباتو لپاره د آیون چلونکي زیاتوالی نه دی لیدل شوی (انځر S1).که څه هم د میسوپورس سیلیکا مایکرو پارټیکلونو کارول د جامد نانو پارټیکلونو سره د مرکباتو په پرتله د لوړ چالکتیا لامل کیږي ، د انٹرفیسیل سطحې ساحه او د آیون کنډکشن ترویج د لوی ILE چالکتیا څخه ډیر لپاره کافي ندي.

میسوپورس سیلیکا یو پیژندل شوی مواد دی چې په کتلسیس کې کارول کیږي.دا عموما د هایدروترمل یا ساده سول جیل ترکیب لخوا رامینځته کیږي.د هایدروترمل پروسې په عموم ډول د میسوپورس پوډرونو لامل کیږي ، مګر د خونې د تودوخې د سول جیل پروسې په احتیاط سره کنټرول سره ، لوی لوی شین شیشې مونولیتونه یا ایروجیلونه هم تولید شوي.د سیلیکا میټریکس د هایدرولیسس او د تیټرا الکیل اورتوسیلیکیټس (30) د کنډنشن تعاملاتو له لارې رامینځته کیږي.د سوري جوړښت په کنټرول کې کلیدي د ټیمپلیټونو کارول دي، د بیلګې په توګه، د سرفیکټینټ ډول مایکیل، چې شاوخوا یې سیلیکا میټرکس جوړ شوی.کله چې یو ایونیک مایع د ټیمپلینګ مالیکول په توګه اضافه شي، د هایډریټ سیلیکا میټرکس د ایونیک مایع سره تعامل کوي، جیل جوړوي، او د درملنې او وچولو وروسته، ایونیک مایع د جامد نانوپورس سیلیکا میټرکس (13) کې محدودیږي.کله چې لیتیم مالګه د دریمې برخې په توګه اضافه شي، د سیلیکا میټرکس کې محدود شوي ILE د سیلیکا جیل الکترولیت جوړوي، چې د ionogel (24) په نوم هم یادیږي.په هرصورت، تر دې دمه، دا د سیلیکا جیل الکترولیتونه د بلک ILE سره نږدې حرکتونه ښیې مګر له هغې څخه ډیر ندي، پرته له یوې قضیې څخه چې سیلیکا په کیمیاوي ډول فعاله شوې وه (پیژندنه وګورئ) (18).

دلته، موږ د خالص ILE څخه هاخوا د نانوکمپوزیټ د لی-آون چالکتیا سیسټمیک پرمختګ ښیو.د 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMP-TFSI) مثال دلته کارول کیږي.داسې انګیرل کیږي چې د OH - ختم شوي سیلیکا سطح کې د ایونیک مایع مالیکولونو جذب د یخ اوبو د انٹرفیسیل پرت شتون لخوا هڅول کیږي.د یخ اوبو او TFSI− anion ترمنځ قوي هایدروجن اړیکه د ایونیک مایع مالیکولر ترتیب هڅوي، د ترتیب شوي ډومینونو په څیر چې په ناڅاپي ډول په ionic مایعاتو کې جوړیږي (31).په بلک ILE کې په تصادفي ډول رامینځته شوي ډومینونو سره کلیدي توپیر دا دی چې د یخ طبقه د فعال پرت په توګه کار کوي چې (i) د اکساید سطح کې مالیکول ترتیب هڅوي او (ii) د ډیپولونو هڅولو لپاره کافي قوي H-بانډینګ معرفي کوي ترڅو وړیا Li+ خوشې کړي. د ښه ترسره کولو لپاره.د وړیا Li+ غلظت زیاتوالي سره سم، موږ به وښیو چې د خپریدو لپاره د فعالولو انرژي د جذب شوي ILE پرت او د یخ اوبو پرت سره د جامع انٹرفیس سره ټیټه ده.

په سیلیکا کې د اوبو څو-مونولایرونه - د سطحي سطحې سطحه د جامد په څیر طبقه ده، ځکه چې دا د H-پلونو له لارې د سلانول ګروپونو سره په کلکه تړل کیږي او له همدې امله د یخ طبقې په نوم هم یادیږي (32).د دې کثافت او ضخامت (د 0.25 nm هر یخ مونویلیر سره له دریو څخه تر څلورو مونولایرونو پورې اټکل شوی) په چاپیریال کې د اوبو د جزوي فشار [نسباتي رطوبت (RH)] سره د تودوډینامیک توازن کې دي (انځر S2).موږ ښیو چې د ایون چلونکي د یخ د اوبو د طبقې ضخامت سره وده کوي ځکه چې د جذب شوي ایونیک پرتونو سره د هایدروجن اړیکه هم وده کوي.د یخ اوبو طبقه په کیمیاوي مرکباتو کې د کرسټال اوبو ته ورته ثابته ده.دا د مالګې په مخلوط کې د سوپر متمرکز آبی الکترولیتونو یا تش په نامه اوبو سره په بشپړ ډول توپیر لري، چیرې چې د الکترو کیمیکل کړکۍ خورا پراخه شوې، مګر په پای کې، اوبه لاهم په الکترو کیمیک ډول فعال دي (33).

د عادي فارمیک اسید – کتلیز شوي ionogel ترکیبونو څخه توپیر لري، موږ یو معتدل pH 5 مخلوط د لوی اضافي اوبو سره کارولی او PGME (1-methoxy-2-propanol) د TEOS مخکینۍ کې د Li-TFSI مالګې او BMP-TFSI ionic مایع سره اضافه شوي.په دې pH کې، د هایدرولیسس تعاملات ورو دي، پداسې حال کې چې کنډسینشن مناسب دی (30).داسې انګیرل کیږي چې لی آیونونه د هایدرولیسس عکس العمل لپاره د کتلست په توګه عمل کوي، ځکه چې د لیتیم مالګې په نشتوالي کې هیڅ جیلیشن ندی رامینځته شوی پداسې حال کې چې دواړه یو شان pH 5 لري. د ایونیک مایع د مولر تناسب TEOS ته (او په دې توګه د سیلیکا مایع) دی. د x ارزښت په توګه ښودل شوی او د 0.25 او 2 ترمنځ توپیر درلود. د BMP-TFSI او Li-TFSI د ملا تناسب په 3 کې ساتل شوی (د 1 M Li-ion محلول سره مطابقت لري).ورو وچول د مونولیت جوړښت ساختماني بشپړتیا ساتلو لپاره اړین و (وګورئ توکي او میتودونه).شکل 1A د یو واحد ګولی عکس ښیي چې د ویکیوم وچولو وروسته ترلاسه کیږي.د 72 ساعتونو ویکیوم وچولو لپاره کافي وه چې ټول رطوبت یو داسې نقطې ته واړوي چیرې چې ټولې وړیا اوبه لیرې شوي پداسې حال کې چې د یخ اوبو جذب شوي طبقه په بشپړه توګه پاتې ده، لکه څنګه چې د FTIR لخوا تایید شوي.د خالي اوبو د وچولو مرحلې څخه وروسته په هره نمونه کې په 1635 cm-1 کې د وړیا اوبو لپاره کوم کمپن ونه موندل شو (2 انځور).د پرتله کولو لپاره، د FTIR سپیکٹرم د نانو-SCE نمونې (x = 1.5) لپاره د 1 اونۍ لپاره د N2 دستکشې بکس کې په 60٪ RH کې ساتل شوی ښودل شوی.په دې حالت کې، د پاکو پاکو اوبو چوکۍ ښکاري.له بلې خوا ټولې نمونې د سیلانول سطحې د فعالیت لپاره روښانه سیګنال ښودلی (Si─OH د 950 او 980 cm−1 تر منځ ځړول) او د یخ اوبو یو جذب شوی پرت (O─H په ~ 3540 cm−1 کې غځول) سره تړل شوی. د ─OH سطحي ګروپونه د H-bonding په واسطه (لاندې نور توضیحات).ویالونه د وچولو مرحلې څخه دمخه او وروسته وزن شوي ترڅو په نانو-SCE (جدول S1) کې ساتل شوي اوبه اندازه کړي.وروسته، موږ به د اضافي وزن څخه د سطحي تړل شوي یخ پرتونو د اړونده مونو لیرونو شمیر محاسبه کړو.د ویکیوم وچې ګولۍ د دستکشې په بکس کې راوړل شوې [<0.1-ppm (برخې په ملیون) H2O] او په تړلو شیشو کې ذخیره شوي ترڅو د اوبو اصلي مینځپانګه وساتي.د نورو ځانګړتیاوو لپاره د ګولی څخه یو کوچنی حجم اخیستل شوی.

(الف) د دوه نانو-SCE ګولیو انځور (کیڼ اړخ ته) په شیشې کې ترکیب شوی؛د جیلیشن وروسته، یو شفاف ګولۍ ترلاسه کیږي.په یاد ولرئ چې ګولۍ په بشپړ ډول شفافه ده او له همدې امله د لید لپاره نیلي رنګ ورکړل شوی.کله چې ILE لیرې شي، یو ټوټه سپینه ګولۍ د لوړې سیلیکا میټرکس (ښي خوا) لپاره پاتې کیږي.(B) د SiO2 میټرکس د الکترون مایکروسکوپي (SEM) عکس سکین کول چې د ILE له لرې کولو وروسته پاتې کیږي.(C) د انځور زوم چې په (B) کې ښودل شوي د میټریکس موادو میسوپوروس طبیعت د ځینو میکروپورونو سره انځوروي.(D) د لیږد الیکترون مایکروسکوپي (TEM) عکس د 7- څخه تر 10-nm سیلیکا نانو پارټیکلونو ډک بسته بندي ښیې چې د سوري میټریکس موادو ساختماني بلاکونو په توګه.(E) د میټریکس جوړښت پوروسیت د ILE د مختلف دالر تناسب لپاره د SiO2 (x ارزښت) په پام کې نیولو سره جوړ شوی.ډش شوی کرښه د ILE او سیلیکا د حجم برخې څخه ټاکل شوي نظریاتي پورسیت ورکوي.د اسیټون مینځل شوي نمونې (تور چوکۍ) په هوا کې وچې شوې ، کوم چې د x> 0.5 لپاره د جوړښت جزوي سقوط ورکوي.د ایتانول-مینل شوي نانو-SCE (شنه حلقو) سوپر کریټیکل CO2 وچول د CO2 (خلاصې حلقې) اضافي ورو لرې کولو لپاره تر x = 2 پورې د سقوط مخه نیسي.BET، Brunauer-Emmett-Teller.د عکس کریډیټ: فریډ لوسن، imec؛Akihiko Sagara، Panasonic.

(A) د نانو-SCE IR سپیکٹرا لکه څنګه چې په خلا کې وچ شوی (تور) او بیا وروسته د دستکشې په بکس کې د 0.0005٪ RH سره د 9 ورځو لپاره وچ شوی (نیلي) او د 30٪ RH سره د 4 ورځو لپاره (سور) او 60 ته ښکاره شوی. % RH د 8 ورځو لپاره (شنه) په ترتیب سره.au، خپلمنځي واحدونه.(ب) د Li/SCE/TiN سټک سایکلیک ولټاموګرامونه د x ارزښتونو سره د 1.0 (نیلي)، 1.5 (شنه) او 2.0 (سور) او د ILE حواله (تور)؛انسیټ د لوګاریتمیک پیمانه اوسنی ښیي.(C) د Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 سټیک (سرخ)، ILE (د تور تور)، او ILE د 5 وزن % (wt %) H2O (د ډیش نقطه نیلي کرښې) سایکلیک ولټاموګرامونه؛په (B) او (C) کې، د ILE او ILE سره د H2O سره اندازه کول په درې الیکټروډ ترتیب کې د TiN سره د کاري الکترود په توګه او Li د کاونټر او حوالې الکترود په توګه ترسره شوي.SCE د ویکیوم وچولو وروسته د دستکشې په بکس کې د 2 ورځو لپاره وچ شوی.

زموږ د vacuum-annealed nano-SCE د ionic conductivity (σi) د ILE (x ارزښت) د حجم برخې سره د ذرې مرکباتو (انځر S1) لپاره زیاتوالی موندلی.په هرصورت، پدې حالت کې، د ionic چالکتیا پخپله د خالص ILE څخه 200٪ څخه ډیر د لوړ x ارزښتونو لپاره (انځور 3).برسېره پردې، د نانو-SCE د تودوخې انحصار د لوړ شوي آئن چالکتیا سره د خالص ILE په پرتله مختلف چلند ښودلی: پداسې حال کې چې په BMP-TFSI ILE کې Li-TFSI د خټکي په شاوخوا کې د چلولو او فعالولو انرژی (سلوپ) کې روښانه بدلون ښیي. د مخلوط نقطه په 29 ° C کې، نانو-SCE د لوړ شوي چالکتیا سره نه کوي.پرځای یې، دا د تودوخې سره په σi کې دوامداره بدلون ښیي، دا په ګوته کوي چې یو پخوانی ناپیژندل شوی ډول مرحله یا میسوفاز رامینځته شوی، چې بیا د لوړ شوي چالکتیا مسولیت لري.برسېره پر دې، د ILE په پرتله د نانو-SCE لپاره د توزیع کولو لپاره کوچنۍ ټوټه او په دې توګه د فعال کولو کمه انرژي د مختلفو موادو ځانګړتیاوې په ګوته کوي (انځر S3).داسې انګیرل کیږي چې د ایونیک مایع مالیکولونو او په سیلیکا سکافولډ کې د جامد یخ پرت تر مینځ قوي تعامل د مشاهده شوي میسوفاس چلند لپاره مسؤل دی ، لکه څنګه چې به لاندې وړاندیز شوي ماډل سره بحث وشي.

(A) د نانو-SCEs د چلولو د تودوخې انحصار د 8 ورځو لپاره د دستکشې په بکس (GB) کې وچ شوی د ایکس ارزښت 2 (تور مربع)، 1.75 (نارنج حلقې)، 1.5 (نیلي مثلث)، او 1.0 (شنه مثلث) ) او د ILE حوالې (پرانیزي چوکونه).(ب) د نانو-SCEs اجرات په GB کې د 0 ورځو (شنه مربع)، 10 ورځو (تور مثلث)، او 138 ورځو (نیلي مثلث) لپاره وچ شوي.(C) د نانو-SCE د وچولو وخت مربع ریښه په مقابل کې د 2 (تور مربع)، 1.5 (نیلي مثلث)، 1.0 (شین مثلث)، او 0.5 (نصواري الماس) x ارزښتونو سره.(D) د نانو-SCE چلښت د x = 2 (تور مربع)، 1.5 (نیلي مثلث)، او 1.0 (شنه مثلث) سره د N2 ډک رطوبت خونې کې ښکاره شوي.

د دستکشې په بکس کې د ارګون اتموسفیر د 0.1 ppm څخه کم اوبه لري، کوم چې د 0.0005٪ RH سره مطابقت لري، د اوبو جزوی فشار 0.01 Pa، یا د −88 ° C د اوس نقطه.لکه څنګه چې په سلانول ختم شوي سیلیکا کې د جذب شوي اوبو پرتونو شمیر د اوبو د جزوي فشار (انځر S2) سره په انډول کې دی ، د سطحې اوبه به ورو ورو د نانو - SCE څخه بهر خپریږي او په څنډو کې به سم شي.شکل 3C د نانو-SCE 23 μl د دستکشې په بکس کې د استوګنې وخت د فعالیت په توګه د چلونکي بدلون ښیي.د ایون چلښت د وچیدو سره کمیږي تر هغه چې دا د دستکشې په بکس کې د 0.01 Pa د اوبو جزوي فشار سره په توازن کې د سیلیکا سطح سره مطابقت لرونکي ارزښت کې ډک شي.حتی د دستکشې په خورا وچو شرایطو کې ، لږترلږه په سیلانول کې د جذب شوي اوبو جزوي مونویلیر شتون لري ، ځکه چې رامان سپیکٹروسکوپي لاهم په 3524 cm−1 کې سیګنال ښودلی ، کوم چې په سیلانول کې د جذب شوي اوبو لومړي مونویلیر لپاره ځانګړی دی. (انځور 4B).د سنتر شوي شرایطو لاندې د آیون چالکتیا په ټولو قضیو کې د انفرادي ILE څخه ښه وه.له همدې امله، دا وده کافي نه ده چې د پور په اصلي برخه کې د محدود شوي ILE د ionic چالکتیا د ضایع لپاره جبران کړي.

(A) د نانو-SCE IR سپیکٹرا د x ارزښت سره د 1.5 (سور)، ILE حواله (تور) او SiO2 (نیلي)، ښیي چې د O═S═O ګروپ (1231 cm−1) په کې دخیل دی. د سیلیکا په سطحه د OH ګروپونو سره تعامل.(B) د نانو-SCE د رامان سپیکٹرا د x ارزښتونو سره د 2 (تور)، 1.5 (سرخ) او 0.5 (نیلي)، د یخ اوبو شتون ښیې چې په سلانول - ختم شوي سیلیکا باندې تړل شوي حتی د سنتریشن (0.0005) ته نږدې نانو-SCE لپاره % RH) په دستکشې بکس کې (30 ورځې).(C) په نانو-SCE کې د لی-TFSI سره په وړیا Li+ کې جلا کولو سره د انٹرفیس تعامل لپاره وړاندیز شوی ماډل ځکه چې TFSI− anion د خپل منفي چارج یوه برخه د جذب شوي یخ-TFSI-BMP پرت سره شریکوي؛رنګونه د ارغواني (سلیکون)، سور (لیتیم)، تور ژیړ (سلفر)، نارنجي (اکسیجن)، نیلي (نایتروجن)، سپین (هایډروجن) او شنه (فلورین) سره د مختلفو عناصرو استازیتوب کوي.ارغواني ډش شوي کرښې د TFSI anion د O═S ګروپ او د هایدروکسیلیټ سیلیکا سطحې OH ګروپونو ترمنځ د هایدروجن بانډ استازیتوب کوي.د لی+ آیونونه چې د ډیپول لخوا په جذب شوي پرت کې آزاد شوي کولی شي د راتلونکي ګرځنده یا ډیفوز ایونیک مایع پرتونو له لارې د انٹرفیس پرتونو پورته مهاجرت وکړي.په یاد ولرئ چې د هایدروجن بانډونو ځواک او په سیلیکا کې د مساوي چارج پورې اړه لري، ډیری جذب شوي پرت هم رامینځته کیدی شي.بشپړ سپیکٹرا په انځور کې ښودل شوي.S8.

په زړه پورې مشاهده د وچولو وخت د مربع ریښې سره خطي اړیکه ده لکه څنګه چې په 3C شکل کې ښودل شوي، دا په ګوته کوي چې د چلونکي بدلون په سیلیکا کې د جذب شوي یخ اوبو مقدار کې د بدلون سره مستقیم متناسب دی او دا چې د دې سطحې اوبو لرې کول دي. د خپریدو محدودیت.په یاد ولرئ چې "وچوالی" یوازې په خلاص چاپیریال کې واقع کیږي چیرې چې RH د توازن د یخ پرت په پرتله ټیټ وي.چالکتیا د پام وړ بدلون نه دی کړی، د بیلګې په توګه، په تړل شوي سکې حجرو کې د تودوخې پورې تړلې اندازه کولو لپاره کارول کیږي.

د نانو-SCE د تودوخې انحصار د دستکشې په بکس کې د وچولو مختلف وختونو لپاره اندازه شوی.لکه څنګه چې د وچو نانو-SCE چلښت د ILE سره نږدې شو، د میسوفاز چلونکي لپاره دوامداره σi په مقابل کې 1/T پروفایلونه په تدریجي ډول د ILE لپاره پروفایل ته بدل شول، بیا د هغې د خټکي نقطې شاوخوا کمښت ښکاره کوي (انځر S3).دا مشاهده د دې انګیرنې نور ملاتړ کوي چې د یخ طبقه د ILE سره د انٹرفیس تعامل لپاره د فعال پرت په توګه عمل کوي ، په نانو-SCE کې د میسوفاز چلند ته وده ورکوي.له همدې امله، کله چې فعاله طبقه لیرې شي، ILE یوازې په میسوپورس آکسایډ جھلی کې محدودیږي.

د الیکټرو کیمیکل ثبات کړکۍ اندازه کول تاییدوي چې په نانو-SCE کې د یخ اوبه مستحکم دي، ځکه چې د اوبو کمولو یا اکسیډیزیشن لپاره هیڅ څوکه په غیر فعال TiN الکتروډ (انځور 2) کې نه لیدل کیږي او نه په TiO2 پتلي فلم الکترود کې، کوم چې بل ډول عمل کوي. د اوبو کمولو لپاره د بریښنایی کتلست په توګه.پرځای یې، د نانو-SCE الیکرو کیمیکل ثبات د ILE سره ډیر ورته دی او په دې توګه د TFSI− د اکسیډریشن لخوا د الیکټروډ پوټینشنز> 4.3 V کې او د TFSI− او BMP+ کمولو پوټینشنز <1 V د Li+/Li په مقابل کې محدود دی. (۳۳) .د پرتله کولو لپاره، یو ولټاموگرام د ILE لپاره ښودل شوی چې د 5 وزن % (wt %) اوبه اضافه شوي (د ځینو نانو-SCE لپاره ورته مواد؛ جدول S1 وګورئ).په دې حالت کې، د اوبو د کمولو لپاره د کاتوډیک څانګه سمدلاسه اندازه کیږي چې د لی +/L په مقابل کې د 1.5 V په مقابل کې د اناتس د Li-intercalation لوړوالی څخه وروسته اندازه کیږي.

د نانو-SCE حرارتي او (الیکټرو) کیمیاوي ثبات اکثرا د ILE فلر لخوا ټاکل کیږي.Thermogravimetric analysis (TGA) د SCE او ILE حرارتي ثبات تر 320°C پورې ښودلی، پرته له دې چې د ILE-to-سیلیکا تناسب (انځر S4).د دې تودوخې څخه پورته، Li-TFSI او BMP-TFSI په بشپړه توګه بې ثباته اجزاو ته منحل کیږي، او یوازې د سیلیکا میټرکس شاوخوا 450 ° C پاتې کیږي.د تودوخې تخریب وروسته پاتې ډله ایز سلنه په حقیقت کې په SCE کې د سیلیکا برخې سره خورا ښه مطابقت لري.

نانو-SCE په سکین کولو الکترون مایکروسکوپي (SEM) کې هیڅ روښانه مایکروسټرکچر نه و ښودلی پرته له یو نرم سطحه چې ځینې سیلیکا پیچونه یې لیدلي وي (انځر S5).د SCE ځانګړی کثافت د هیلیم pycnometer سره ټاکل شوی او د ټولو x ارزښتونو (جدول S1) لپاره شاوخوا 1.5 g/cm3 و.بشپړ سیلیکا میټرکس په محلول کې د ILE د ستړیا استخراج په واسطه څرګند شو (د موادو او میتودونو وګورئ).د CO2 په مهم نقطه کې په احتیاط سره وچولو سره، د 1A په شکل کې ښودل شوي په څیر ثابت ایرجیل مونولیتونه ترلاسه کیدی شي.د SEM معاینه د میسوپوروس سیلیکا یوه ټوټه ښیي چې د 10- 30-nm pore قطر سره، چې د 100 څخه تر 150 nm لوی میکروپورونو باندې پوښل شوي، لکه څنګه چې په 1 (B او C) کې لیدل کیدی شي.د لوړ ریزولوشن لیږد الیکترون مایکروسکوپي (TEM) (Fig. 1D) یو مایکروسټرکچر نور هم افشا کړ چې د نږدې بسته شوي سیلیکا نانو ذراتو څخه جوړ شوی.د منځنۍ ذرې قطر د 0.5 او 1.5 ترمنځ د x ارزښتونو لپاره له 7 څخه تر 14 nm پورې دی.

د سطحې ځانګړې ساحه [Brunauer-Emmett-Teller (BET)]، porosity، د منځني سوري اندازه، او د سوري اندازې ویش د N2 جذب/desorption اندازه کولو (جدول S1 او انځور S6) سره ټاکل شوي.د جوړښت جزوی سقوط او د جذب شوي ILE غیر بشپړ لیرې کول ممکن یو څه شمیرې غلط بیان کړي.د آیونیک مایع په احتیاط سره استخراج او ورو وچول د سوپر کریټیکل CO2 په کارولو سره چمتو شوي، په هرصورت، د ILE د حجم برخې څخه سلیکا ته د اټکل شوي پورسیت سره نږدې د باور وړ پایلې (انځور 1).د BET د سطحې ساحه د 800 او 1000 m2/g ترمنځ ده.د منځنی سوری اندازه چې د isotherm له سلیپ څخه ترلاسه شوی د 7 او 16 nm ترمنځ دی.برسېره پردې، د 200 nm پورې د لویو سوراخونو یوه کوچنۍ برخه اندازه شوې (انځر. S6)، د SEM مشاهداتو سره سم.د pore قطر د ILE د حجم له برخې او د BET سطحې ساحې څخه ترلاسه شوي د ILE پرت دوه ځله مساوي ضخامت سره خورا ښه مطابقت لري ، پدې معنی چې میسوپور په بشپړ ډول د ILE څخه ډک شوي.

راپور شوي د BET سطحه ساحه یوازې د میسوپورس او میکروپور لپاره ده.د اسیټون مینځل شوي میټریکس لپاره، مایکروپورس (~ 0.6 nm) هم اندازه شوي.مایکروپورونه د انفرادي سیلیکا نانو ذراتو په مینځ کې موندل شوي چې جوړښت یې رامینځته کوي لکه څنګه چې د TEM عکس کې ښودل شوي.د 650 (x = 0.5) او 360 m2/g (x = 1.5) ترمنځ اعظمي اضافي سطحه اټکل شوې ده (جدول S1).

دواړه FTIR او رامان سپیکٹرا د سیلانول ګروپونو لپاره روښانه شواهد ښیې چې د یخ اوبو مالیکولونو جذب شوي یخ اوبو مالیکولونو سره د لوړ پوروسیټي سیلیکا میټریکس سره خورا مؤثره سطحي ساحې له 1400 m2/g څخه ډیر وي کله چې مایکرو پورز ، میسوپورز او میکروپور په پام کې ونیول شي.د صفر او درې تر منځ د اوبو مونولایرونه په نانو-SCE کې د x <1.75 لپاره د اضافي اوبو څخه اټکل شوي.د پلانر سیلیکا لپاره، د جذب شوي اوبو لومړنۍ درې مونو لیرونه په حقیقت کې د OH ختم شوي سطحې سره د قوي هایدروجن تړلو له امله بې ثباته او جامد ګڼل کیږي (32) (انځر S2 وګورئ).د O─H اوږدوالی د سیلانول هایدروجن سره تړلی د یخ اوبو پرت پورې تړلی په FTIR سپیکٹرا کې په 3540 cm−1 کې موندل کیږي.ټول نانو-SCEs په حقیقت کې د یخ اوبو لپاره په 3540 cm−1 کې د خلا وچولو وروسته او د دستکشې په بکس کې د نور وچولو وروسته څرګندیږي (2 انځور).حتی د انډول شوي نانو-SCE لپاره په 0.0005٪ RH (دستانه بکس) کې، رامان سپیکٹروسکوپي بیا هم لږ تر لږه د جزوی مونویلیر شتون ښودلی (4B انځور).په پلانر سیلیکا کې څلورم مونولایر یو انتقالي طبقه ګڼل کیږي، پدې معنی چې دا لاهم جذب او محدود دی مګر یو څه حرکت کولی شي.د پنځمې طبقې څخه، اوبه ګرځنده او د مایع په څیر کیږي.د مایع په څیر اوبه به په FTIR سپیکٹرم کې د لوړ څپې شمیرې کې د مایع اوبو کې د H-بانډینګ ټیټ درجې له امله څرګند شي.د نانو-SCE لپاره چې د 60% RH سره مخ شوي، د 3540-cm−1peak په حقیقت کې اضافي کمپنونه ښیې چې د اضافي جذب شوي مایع اوبو پرت له امله د لوړو څپو شمیرو ته لیږدول شوي.په دې برخه کې په زړه پورې تجربه دا ده چې نمونه د 30٪ RH سره مخ شوې، ځکه چې په دې رطوبت کې په سیلیکا کې د مایع اوبو تمه نه کیږي (انځر S2).د دې نمونې لپاره، په FTIR کې د یخ اوبو لپاره یوازې 3540 cm−1 لوړوالی لیدل کیږي.برسېره پردې، په 1635 cm-1 کې د وړیا اوبو څوکۍ حتی د 4 ورځو وروسته په 30% RH کې ونه موندل شوه.دا پدې مانا ده چې اوبه د هایدروفوبیک BMP-TFSI کې د منحل شوي هایګروسکوپیک Li-TFSI لخوا نه اخیستل کیږي کله چې نانو-SCE د ویکیوم درملنې په واسطه وچ شي.له همدې امله، په SCE کې هر ډول اضافي اوبه به د OH ختم شوي سیلیکا سطح کې جذب شي.له همدې امله، لکه څنګه چې د پلانر سیلیکا لپاره، د SCE سیلیکا میټریکس په چاپیریال کې د اوبو د جزوی فشار سره په انډول کې دی.

د دې فرضیې د لا ازموینې لپاره، د نانو-SCE (x = 1، 1.5، او 2) د ایون چالکتیا په مختلفو٪ RH کې اندازه شوې.نمونې د 2 ورځو لپاره د دستکشې په بکس کې د وچ او لندبل شوي N2 ګاز کنټرول شوي مخلوط سره مخ شوي ترڅو د جذب شوي اوبو پوښښ توازن ته ورسیږي (3D انځور).د ~0% RH نقطو لپاره، د دستکشې په بکس کې د انډول شوي نانو-SCE لپاره چالکتیا اخیستل شوې.په حیرانتیا سره، د RH(%) پروفایل په مقابل کې د آیون چلښت په پلانر سیلیکا (انځر S2) کې د اوبو جذب لپاره متوقع چلند تعقیب کړ.د 0 او 30٪ RH ترمنځ، د RH په زیاتوالي سره چالکتیا زیاته شوه.لکه څنګه چې تمه کیږي د جذب شوي یخ پرت کثافت او ضخامت کې زیاتوالی (په پلانر سیلیکا کې له یو څخه تر دریو یخ پرتونو سره ورته وي).په یاد ولرئ چې FTIR ښودلې چې د 30٪ RH کې د څو ورځو لپاره په نانو-SCE کې هیڅ وړیا اوبه شتون نلري.یو لیږد د 50% RH شاوخوا لیدل کیږي، د شرایطو سره مطابقت لري چیرې چې د پلانر سیلیکا لپاره د انتقالي جذب شوي اوبو پرت تمه کیږي.په نهایت کې، د آیون چالکتیا کې یو ځانګړی ګام زیاتوالی د 60٪ او لوړ رطوبت په لور موندل کیږي چیرې چې د پلانر سیلیکا سره ورته والی لري، اوس هم د سیلیکا او ایبلډ شوي ILE تر مینځ په انٹرفیس کې د مایع په څیر د اوبو طبقه رامینځته کیږي.د FTIR په مرسته، د یخ په طبقه کې د اوبو یو مایع طبقه اوس د سلانول/یخ/اوبو وایبریشن چوټي لوړو انرژیو ته د بدلون په واسطه کشف کیږي (انځور 2A).په چال چلن کې لیدل شوی بدلون د بیرته راګرځیدو وړ دی؛په دې توګه، نانو-SCE کولی شي د رطوبت سینسر او د لی آیون الکترولیت په توګه عمل وکړي.د انځور 3D څخه، د ویکیوم اینیل سمدلاسه وروسته د نانو-SCE د آئن چالکتیا د ~ 10٪ RH د انډول هایډریټ سیلیکا سره مطابقت لري.د وچې کوټې په شرایطو کې د سنتریت لپاره د آیون چلښت (~0.5% RH) به شاوخوا 0.6 mS/cm وي (د x = 2 لپاره).دا تجربه په ښکاره ډول د ion conductivity باندې د interfacial اوبو اغیز ښیې.د RH > 60% لپاره، د لوړ آیون چلښت د مایع په څیر پرت کې د حل شوي لی + د چټک خپریدو له لارې تشریح کیدی شي.په هرصورت، د جامد یخ پرت په صورت کې، د لی + آئن خپریدل به د جامد حالت ډول وي او په دې توګه د آیونیک مایع په پرتله ورو وي.پرځای یې، وده د لی-مالګې او ایونیک مایع مالیکولونو د عضوي انونونو او کیشنونو لوړ جذب ته منسوب شوی، لکه څنګه چې په لاندې ماډل کې وړاندیز شوی.

موږ یو ماډل وړاندیز کوو چیرې چې د ایونیک مایع مالیکولونه د سیلیکا په سطح کې د H-برجونو له لارې جذب کیږي د سیلانول ګروپونو کې د غیر متحرک یخ پرت سره (4 شکل).د هایدرولیسس کنډیشن تعامل داخلي ماهیت د سیلانول لوړ کثافت چمتو کوي (4 × 1014 تر 8 × 1014 cm−2، چې د یخ د یو مونو لیر کثافت سره په هر cm2 کې ~ 8 × 1014 د اوبو مالیکولونو سره سمون لري) (34).د TFSI anions او سیلیکا د O اتومونو ترمنځ د مالیکولي تعامل لپاره شواهد د FTIR لخوا ورکړل شوي، کوم چې د ILE حواله په پرتله د ټولو نانو-SCE لپاره د O═S═O لوړوالی دوه چنده ښیي (انځور 4A؛ بشپړ سپیکٹرا په انځور کې.د 1231 cm−1 څخه شاوخوا −5 cm−1 سره د اضافي چوټي بدلون د O═S═O ګروپونو تړل د لږ تر لږه د TFSI anions د یوې برخې لپاره په ګوته کوي.له همدې امله، د یخ د اوبو په طبقه کې د TFSI anions H-bonding فرض کیږي.وروسته، لوی هایدروفوبیک BMP کیشنونه د لومړي TFSI پرت سره تړاو لري، د ایونیک مایع مالیکولونو لومړی جذب شوی پرت بشپړوي.لکه څنګه چې د یخ طبقې لپاره، جذب شوي BMP-TFSI مالیکولونه اکثرا غیر متحرک ګڼل کیږي، په دې توګه د سیلیکا په سطحه د جامد په څیر د یخ طبقه پراخوي.لکه څنګه چې د TFSI anion متناسب O═S═O ګروپ لري، د اکسیجن یو اتوم کولی شي د هایدروکسیلیټ سیلیکا سطح سره تعامل وکړي پداسې حال کې چې بل د BMP کیشنونو لپاره چپکونکي ټکي جوړوي.د TFSI anion دوه O═S═O ګروپونه هم لري، چې د انون مونویلیر د قوي جذب او سخت ترتیب ډاډ ورکوي.جذب د یخ د یخ پرت په حالت کې خورا مؤثره دی چې د OH ګروپونو لوړ کثافت د احتمالي چپکونکي نقطو په توګه.یوازې د سلانول ګروپونو په شتون کې، جذب ممکن دومره پیاوړی نه وي چې د دوامداره جذب پرت جوړ کړي.برسېره پر دې، د یخ مونو لیرونو زیاتیدونکي شمیر د هایدروجن بانډ ځواک زیاتولو لپاره پیژندل کیږي (35).په یاد ولرئ چې د BMP کیشن او ترتیب شوي TFSI monolayer تر مینځ مالیکولر تعامل به د آیونیک مایع کې له هغه څخه توپیر ولري چیرې چې TFSI anion د څرخیدو آزادي لري او د لاندې سطحې څخه هیڅ قطبي نه وي.د لوی BMP کیشن چارج په حقیقت کې په ډیری اتومونو کې د داخلي بانډونو د قطبي کولو او د کیمیاوي چاپیریال سره د مالیکول تعامل له لارې ویشل کیږي او په ځانګړې توګه د TFSI ایون جذب شوي.د TFSI anion د O- ګروپ او د یخ پرت د OH- پای ته رسیدو تر منځ د H- بانډینګ اوس د لومړي جذب شوي طبقې په اوږدو کې یو ډیپول معرفي کوي، د اتحادیې لخوا نور مالیکولي ترتیب هڅوي.داسې انګیرل کیږي چې پدې مرحله کې، کوچني Li-TFSI مالیکولونه د مالیکولر پرت کې جذب کیږي چې په پایله کې TFSI انیان اوس په پورتنۍ طبقه کې د یو یا ډیرو BMP کیشنونو پاتې شوي مثبت ډیپولر چارج جبرانوي، نو له دې امله د خپل لی سره تړاو کموي. ionپه دې توګه، په دې انٹرفیس کې د وړیا لی + غلظت زیات شوی، چې د لوړ آیون چلښت لامل کیږي.په دې توګه، د یخونو کثافاتو او ژورو طبقو بیا د جبران کولو لپاره د لوړ بقایا چارج سره لوی ډیپول معرفي کوي، په متناسب ډول لوړ وړیا Li+ غلظت او په دې توګه د آیون چلښت ورکوي.

د جذب شوي ILE طبقې په سر کې، یا یو بل ILE طبقه کولی شي په سیلیکا کې د یخ څو پرتونو ته ورته جذب کړي یا د یخ پرت ډیپول پل ډیر ضعیف وي او په سر کې یو روښانه تړلی ILE وي چې بیا کولی شي د مایع په څیر لیږد چمتو کړي. Li+ ions په ښکته جذب شوي طبقه کې خوشې شوي (انځور 4C).د وړیا لی + آئن غلظت کې بدلون د NMR او رامان سپیکٹروسکوپي اندازه کولو لخوا تایید شوی.د رامان اندازه کول په غیر مستقیم ډول ښیي چې د وړیا Li+ آیونونو لویه برخه په حقیقت کې په نانو-SCE کې شتون لري چې د سیلیکا سره تړلي د یخ اوبو ډیر پرتونه لري (5 شکل).رامان د TFSI سره د کیټیشن انډول اندازه کوي د TFSI anion (36) د N- ګروپ کمپن تحقیق کولو سره.په خالص BMP-TFSI ionic مایع کې، یوازې یو څوکۍ په 741 cm−1 کې لیدل کیږي.د خالص ILE په حالت کې، یو اضافي لوړوالی په 746 cm−1 کې لیدل کیږي چیرې چې دوه TFSI anions د یو واحد Li+ ion سره همغږي کوي [د کثافت فعالیت تیوري (DFT) محاسبه په موادو او میتودونو کې وګورئ].د ټولو نانو-SCEs لپاره، د لوړ شدت په 746 cm−1 کې د ILE لپاره کمزوری دی، د اړونده Li-TFSI کوچنۍ برخه او په پایله کې، د غیر مربوط یا وړیا Li+ کیشنونو لویه برخه ښیي.لوړوالی د هغو نانو-SCE لپاره په ډراماتیک ډول راټیټیږي کوم چې ترټولو لوړ چلونکي وده ښیې، د بیلګې په توګه، هغه څوک چې د یخ تر ټولو غټ طبقه لري.د نانو-SCE لپاره د دستکشې په بکس کې په توازن کې، بیا هم، د وړیا Li+ یوه برخه اندازه کیږي که څه هم د ویکیوم انیل شوي نمونو په پرتله خورا کوچنۍ ده.د 746 څخه د 741 cm−1 د رامان بدلون لپاره د لوړ شدت تناسب بیا د TFSI پورې تړلي Li-ions (Fig. 5B) ته د وړیا تناسب اندازه ده.د x ارزښت سره د وړیا لی + آئن برخې کې خطي زیاتوالی په ښه توګه په 3B شکل کې د x ارزښت سره د چلونکي وده رجحان تعقیبوي، دواړه د ویکیوم وچو نانو-SCE (ورځ 0) لپاره او SCE د دستکشې بکس وچوالي سره په توازن کې (ورځ) ۱۳۸).

(الف) د ایونیک مایع رامان سپیکٹرا (IL؛ نقطه نیلي لاین) او د ILE حواله (ILE؛ ډیش ډاټ شوي لاین) د چمتو شوي نانو-SCE (خلیه وچه) د x ارزښتونو سره د 0.5 (شین) ، 1.5 (ژېړ) ، او 2 (نسوري) او د نانو-SCE (x = 1.5) سربیره د دستکشې په بکس کې د 30 ورځو لپاره یا نږدې 0.0005٪ RH (سرخ) کې وچ شوي.عمودی کرښې د TFSI لپاره د رامان شفټ لیبل کوي چې د هغې N مرکز په ترتیب سره Li+ (746 cm−1) سره همغږي شوي او په ترتیب سره Li+ (741 cm−1) سره همغږي ندي.(ب) د نانو-SCE د وړیا او همغږي شوي لی+ تناسب لکه څنګه چې ترکیب شوي (خلیه وچ شوي، تور حلقې) او سربیره پردې د دستکشې په بکسونو کې وچ شوي د 0.0005٪ RH سره د 30 ورځو لپاره (نیلي الماس)، د مدغم شدت تناسب سره مطابقت لري. د رامان څوکې (746 cm−1 د 741 cm−1 په پرتله).(C) PFG-NMR – د نانو-SCE (سرخ الماس) او ILE ریف څخه د لی + د ځان د خپریدو کثافات.(تور مربع) د تدریجي مقناطیسي ساحې نبضونو ترمینځ د وقفې د فعالیت په توګه.د رامان سپیکٹرا نظري چوټي د DFT محاسبې په کارولو سره سمول شوي.

د pulsed-field gradient NMR (PFG-NMR) څخه، د مختلف ګرځنده لی-آون ډولونو د ځان د خپریدو مجموعه د تدریجي مقناطیسي ساحې نبضونو ترمنځ د وقفې د فعالیت په توګه ټاکل شوې وه ∆ د ILE مایع حواله لپاره او د نانو لپاره. SCE (x = 1.5) د 0.6 mS/cm د ورته آیون چلونکي سره (انځور 5C).د ILE په حواله کې د Li+ د ځان د توزیع کثافات ثابت و، دا په ډاګه کوي چې یوازې یو یا څو لی ډولونه چې ډیر ورته حرکت لري په مایع کې شتون لري.د نانو-SCE لپاره، د ځان د خپریدو کثافات د ∆ سره توپیر لري او په لنډ ∆ کې د ILE څخه ډیر شوی، د ګړندۍ حرکت لرونکي ډولونو شتون په ګوته کوي چې یوازې د مقناطیسي ساحې نبضونو ترمینځ په لنډو وقفو کې ځواب ورکوي.د ځان د توزیع کوفیینټ کې تدریجي وړاندیز کوي چې د وړیا لی-آین غلظت د زیاتوالي سره سم، لکه څنګه چې د رامان سپیکٹروسکوپي څخه اټکل شوی، د توزیع لپاره د فعالولو انرژي د میسوفاز انٹرفیس پرت کې هم ټیټه شوې ده.دا د میسوفاز پرت کې د (ډیر) وړیا لی + آئنونو لخوا معرفي شوي چالکتیا وده ملاتړ کوي.په اوږده ∆ کې، د ځان د توزیع کثافات د ILE حوالې څخه ټیټ وو.دا د ILE په پرتله د دستکشې بکس - سنتر شوي نانو-SCE لپاره خورا ټیټ آیون چالکتیا تاییدوي.د میسوپورس په اصلي برخه کې محدود ILE به د مالیکولر حرکت محدودیت له امله لوړ ویسکوسیټي ولري.له همدې امله، په سیلیکا/آیس/ILE انټرفیس کې د خورا ګړندي توزیع کونکي لی آیونونو رامینځته کولو سره وده باید د سوري په اصلي برخه کې د چلونکي کمښت جبران کړي.دا د ذرې پر بنسټ سیسټمونو کې د ودې نشتوالی تشریح کوي چیرې چې انٹرفیسونه کافي د آیون لیږد هڅونه چمتو نه کوي (انځر S1).

د لیتیم فلز په وړاندې د نانو-SCE الیکټرو کیمیکل ثبات د درې الیکټروډ سیسټم په کارولو سره ازمول شوی (د ترتیب سکیمیټ په شکل کې ښودل شوی. S7).د Li/SCE (x = 1.5) او Li/ILE نیمه حجرې اوسنی احتمالي ځانګړتیا په 6A شکل کې ښودل شوي.لکه څنګه چې په انځور کې د الیکټرو کیمیکل کړکۍ لپاره.د بیرته راګرځیدونکي لیتیم پلیټینګ او پټول لیدل کیږي.یو مستحکم جامد الکترولیټ انټرفیس (SEI) طبقه په فلزي لیتیم کې د RSEI شاوخوا 0.9 کیلو-ohm·cm2 سره رامینځته کیږي چې په کاتوډیک او انودیک اړخونو کې د iU وکر کې د لوی IR کمیدو لپاره مسؤل دی.په خالص ILE محلولونو کې کیتوډیک کرنټ تر −2.5 mA/cm2 پورې هیڅ هیسټریسیس ندی ښودلی.په هرصورت، د انودیک تحلیل یوازې د 0.06 mA/cm2 د ثابت حالت انودیک جریان سره د پاسیویشن لوړوالی ښودلی.د کاتوډیک اوسنۍ څانګه د جامد - جامد Li/SCE انٹرفیس کې د کاتوډیک جریان لپاره هیڅ هیسټریسیس ندی ښودلی چې له −0.5 mA/cm2 څخه کم وي.په هرصورت، د SEI مقاومت دوه چنده و.په ورته ډول، د anodic څوکۍ ټیټه وه او د anodic passivation لوړوالی وروسته ثابت حالت اوسنی 0.03 mA/cm2 و، یوازې د خالص ILE محلول نیمایي.د SCE په سوري کې د SEI او passivation پرتونو رامینځته کول د لیتیم فلزي جریان محدودوي.د Li/ILE او Li/SCE الکترودونو لپاره دواړه ولټاموګرامونه په څو دورو کې د تولید وړ و، دا په ګوته کوي چې د انودیک پاسیویشن پرت او کیمیاوي SEI پرت د بیرته راګرځیدو وړ او مستحکم دي.په Li/SCE انٹرفیس کې د سست تحلیل کایناتیک په جدي توګه د نیمه حجرو فعالیت محدودوي چې لاندې د لی فلزي انودونو سره جوړ شوي.

(A) د نانو-SCE سایکلیک ولټاموگرام (x = 1.5، لکه څنګه چې د ویکیوم وچولو وروسته ترکیب شوی) (سور) او د ILE حوالې (تور) د کار کولو، کاونټر، او حوالې الکترودونو په توګه د لی سره په درې الیکټروډ ترتیب کې اندازه شوی (د SEI مقاومت اټکل شوی. په کاتوډیک کرنټ کې د IR ډراپ په ترتیب سره د ILE او SCE لپاره 0.9 او 1.8 کیلو-ohm·cm2 دی).(B) د Li/SCE (x = 1)/100-nm پتلی فلم LiMn2O4 حجرې د 1C، 5C، او 20C په C - نرخونو کې د پنځو دورو لپاره د ګالوانیک چارج / خارج کیدو منحني.(C) د Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 او Li/SCE/30-μm LiFePO4 پاؤډ الکترود حجرو سایکلیک ولټاموګرامونه (1 mV/s).(D) په 1C، 0.1C، 0.2C، او 0.02C کې د Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 پاؤډر الیکټروډ د ګالوانیک چارج / خارج کیدو منحني.(E) په 1C، 0.5C، 0.2C، 0.1C، 0.05C، او 0.01C کې د Li/SCE/30-μm LiFePO4 پاؤډر الیکټروډ د ګالوانیک چارج / خارج کیدو منحني.(F) ظرفیت (د ډیلیټیشن لپاره ډک الماسونه او د لیتییشن لپاره خلاص مربع) د Li/SCE/30-μm LiFePO4 پاؤډر الیکټرود د دورې شمیرې په مقابل کې؛په حجرو کې د SCE ضخامت شاوخوا 280 μm دی.د LFP او LTO کیتوډ کثافت په ترتیب سره شاوخوا 1.9 او 11.0 mg/cm2 دی.(G) د Li/SCE/Li سټک د وخت منحنی بالمقابل د 0.1، 0.2، 0.5، او 0.1 mA/cm2 په اوسني کثافت کې سایکل شوي.(H) د Li/SCE/Li سټک 1st، 10th، 125th، او وروستی قطبي کول په 0.1 mA/cm2 باندې فشار لري، په (G) کې ښودل شوي.د (G) او (H) لپاره، SCE د 0. 34 mS/cm چلښت لري، او د SCE ګولۍ ضخامت 0.152 سانتي متره دی.

د 100-nm LiMn2O4 (LMO) پتلی فلم د نمونې مثبت الیکټروډ په توګه کارول شوی ترڅو د نانو-SCE او الیکټروډ موادو دواړه ثبات معاینه کړي پداسې حال کې چې د ذرې مرکب الیکټروډونو کې د احتمالي انٹرفیس مسلې له مینځه وړي (37).د پتلي فلم الیکټروډ / SCE سټیک د سایکل چلولو فعالیت د الیکټروډ او الیکټرولیټ ترمینځ د انٹرفیس ثبات ښیې.د دې ماډل پتلي فلم ترتیب کې، یوازې یو واحد، ښه تعریف شوی، او د پلانر انٹرفیس اړیکه د الکترولیت او الکتروډ ترمنځ شتون لري، د بیلګې په توګه، دا د حجم بدلون مسلو پرته د الیکٹرویټ / الیکټروډ انټرفیس الیکرو کیمیا مطالعه کولو لپاره یو مثالی پلیټ فارم دی. همدارنګه په دې تجربه کې، د نرخ فعالیت د Li-foil کاونټر الکترود لخوا محدود نه دی، ځکه چې اوسنی کثافت (6 μA/cm2 د 1C لپاره) د لیتیم نیمایي لپاره د ثابت حالت انودیک اوسني پلیټو څخه ښکته دی. حجره (0.03 mA/cm2).د بیا تولید وړ او مستحکم چارج/خارج منحنی د کټ آف ولتاژ لپاره په 4.3 V کې د C- نرخونو لپاره د 1 او 20C ترمینځ د 20 دورو لپاره ترلاسه کیږي (انځور 6B).LMO د LiB لپاره په مایع الکترولیت کې بې ثباته ده.د مثال په توګه، د 50٪ ظرفیت کمښت د 100-nm LMO فلم چارج - په 1C (37) کې په LiClO4/propylene کاربونیټ الیکټرولایټ کې د 10 دورو لپاره خارج شوي.زموږ پایلې ښیې چې نانو-SCE د یو عادي مایع الکترولیټ په پرتله د LMO سره ډیر مطابقت لري.

د نانو-SCE ادغام ښودلو لپاره، موږ د Li4Ti5O12 (LTO) او LiFePO4 (LFP) پاؤډ الیکټروډونو سره نیمه حجرې هم جوړې کړې.مخکینۍ محلول د سکې په حجرو کې غورځول شوی و ترڅو سوري الکتروډونه تولید کړي او د نورو جیلیشن لپاره پریږدي مخکې لدې چې وچ شي او د نانو-SCE ګولیو په څیر ویکیوم اینیل شوي وي.حجرې د اړونده الیکټروډونو ځانګړتیا لیتییشن / ډیلیټیشن ښیي (انځور 6C).د LTO په پرتله د LFP لپاره د ټیټ چوټي جریان د کوټینګ ضخامت کې د توپیر له امله دي.د چارج / خارج کیدو اندازه کولو په جریان کې د نرخ فعالیت اوس د لی - فویل کاونټر الیکټروډ لخوا محدود شوی و چې د نانو-SCE پرت باندې فشار شوی و چې د 30- څخه تر 40-μm - ضخامت الیکټروډ کوټینګونو (انځور 6, D او E) په سر کې رامینځته شوی.LTO/nano-SCE/Li حجره خپل اعظمي ظرفیت 160 mA·hour/g ته رسېدلې چې یوازې د 0.02C په ټیټ C-Rate کې (انځور 6D).د لاسرسي وړ ظرفیت د C-rate سره په چټکۍ سره راټیټیږي چې له 0.1C څخه لوی د C - نرخونو لپاره له 10٪ څخه کم وي.په ورته ډول، LFP/SCE/Li حجره په 0.01C کې د 140 mA·hour/g خپل اعظمي ظرفیت ته رسیدلې (شکل 6E).شکل 6F د ټولټال 30 دورو لپاره د نرخ فعالیت ښیې، د باثباته حجرو ترتیب ښیي.دا تجربې د لی-آون الکترولیټ په توګه د نانو-SCE فعالیت او د لی-آون حجرو کې د ادغام امکان ښیي.

د نانو-SCE ثبات یا سایکل وړتیا د Li/SCE/Li symmetric stack په کارولو سره ازموینه شوې.دا د 0.1 mA/cm2 په اوسني کثافت کې له 120 څخه ډیر سایکلونه د 0.5 ساعتونو لپاره (انځور 6G) پرته له کومې ستونزې یا ډینډرایټ جوړونې (انځور 6H) لپاره سایکل شوي.د پولرائزیشن ولتاژ د وخت په تیریدو سره کوچنی شو، د اړیکو ښه والی په ګوته کوي.برسېره پردې، حجره د 0.5 mA/cm2 اوسني کثافت پورې فشار لري، پرته له دې چې د لیتیم ډینډریټس جوړ شي یا د نانو-SCE یا د انٹرفیس د خرابیدو نښې نښانې (انځور 6G).فلزي لیتیم د BMP-TFSI پر بنسټ ILEs (27) کې د هغې په سطحه کې د محافظتي انټرفیز پرت یا SEI په توګه پیژندل کیږي.دا عکس العمل په لیتیم/نانو-SCE انٹرفیس کې هم پیښیږي؛لکه څنګه چې د انځور 6A الندې بحث شوی، SEI ممکن یو څه د سوري دننه وده وکړي، د ILE په پرتله د نانو-SCE لپاره د SEI لوړ مقاومت تشریح کوي (پورته وګورئ).د SEI پرت لپاره ثبوت د IR سپیکٹرا (انځر S9) څخه ترلاسه شوی.په کلاسیک LiB کې د SEI کوټ په څیر، کوم چې د مایع الکترولیت څخه د ګرافیت الکترود سکرین کوي چې د نور عکس العمل څخه مخنیوی کوي، موږ باور لرو چې SEI دلته د یخ اوبو پرت د فلزي لیتیم انود څخه د نور غبرګون څخه هم ساتي.د 10 ساعتونو لپاره د Li/nano-SCE (x = 1.5) د قطبي کیدو دمخه او وروسته د امپیډانس سپیکٹرا د بلک الکترولیټ مقاومت کې کوم بدلون ندی ښودلی.د اوږد سایکل چلولو فعالیت اندازه کولو ته اړتیا وي ترڅو د لیتیم فلز لخوا د نانو-SCE ورو وچولو څخه خارج شي، مګر دا پایلې دمخه د لیتیم فلز پر بنسټ د سالډ ریاست بیټرۍ کې د SCE غوره سایکل وړتیا لپاره احتمال ښیې.په هرصورت، مصنوعي انټرفیس کوټینګونه د انٹرفیس خنډ په بشپړ ډول ښه کولو لپاره په پام کې نیول کیدی شي.

موږ وښودله چې د سیلیکا انٹرفیسونو کې د آیون کنډکشن وده د OH - ختم شوي سیلیکا سطحو کې د کیمیسورب شوي اوبو پرت معرفي کولو له لارې ترلاسه کیدی شي.د TFSI anions chemisorb د اوبو په فعاله طبقه کې د هایدروجن بندولو له لارې د سمیټریک O═S═O ګروپ سره.د اوبو سطحه پرت بې ثباته دی او له همدې امله جذب شوي TFSI طبقه سطح ته هم ږدي.لوی BMP کیشنونه د TFSI monolayer سره تړاو لري، په دې توګه په سطحه د TFSI-BMP مالیکولر ترتیب معرفي کوي.موږ باور لرو چې په آبي چاپیریال کې ورو جیلیشن او ورو وچیدل د اوبو د فعاله پرت او د هغې په سر کې د عضوي ایونونو تنظیم شوي پرت په ترکیب کې مرسته کوي.لکه څنګه چې د TFSI د انون لومړۍ طبقه د خپل منفي چارج یوه برخه د هایدروکسیلیټ سیلیکا سره شریکوي، په سر کې د BMP کیشن پرت به د بل TFSI اینون سره اړیکه ونیسي، په کوم کې چې ډیری BMP کولی شي خپل غیر جبران شوي چارج د یو TFSI سره شریک کړي (شاید له دریو څخه تر یو پورې لکه څنګه چې په ILE کې د IL او Li-TFSI نسبت).لکه څنګه چې د Li-TFSI مالګې مالیکولونه تر ټولو نږدې لاره لري، Li+ آیونونه به جلا شي او د دې انٹرفیس پرت کې د چټک خپریدو لپاره آزاد شي.د پرمختللو لیږد لپاره، دا وړیا لی + ډولونه لږ تر لږه یو اضافي ionic مایع پرت ته اړتیا لري ترڅو حرکت وکړي.د دې دلیل لپاره، نانو-SCE د 0.5 ټیټ x ارزښت سره هیڅ پرمختللی چال چلن ندی ښودلی، ځکه چې د ILE حجم/سیلیکا سطحه ساحه یوازې د یو تړل شوي مونویلیر لپاره کافي ده.

دا نور هم وښودل شوه چې د سطحې اوبه یا یخ طبقه د الیکترونیکي پلوه فعاله نه ده.په دې وخت کې، موږ نشو کولی چې د یخ اوبه د الکترود سطح سره په مستقیم تماس کې غبرګون نه کوي.په هرصورت، موږ وښودله چې د سطحې اوبو بهر خپریدل ورو دي او په دې توګه د کشف لپاره په کاینټیک ډول بې پرواه دي.موږ پوهیږو چې د اوبو ککړتیا، حتی که دا کوچنۍ وي، تل به د اندیښنې وړ وي، او یوازې د اوږد ژوند دورې ازموینې کولی شي یو مشخص ځواب وړاندې کړي چې آیا اوبه په کافي اندازه تړلې دي.په هرصورت، نور فعال سطحي پرتونه چې ورته یا حتی لوی سطح ته وده ورکوي اوس وده کولی شي.په دې برخه کې، د لی ډلې لا دمخه د فعال ګروپ په توګه د ګلیسیډیلوکسایپروپیل پرت احتمال ښودلی دی (18).د یخ اوبه د سیلیکا اصلي ټاټوبي دي او له همدې امله په سیستماتیک ډول د آیون لیږد ترویج باندې د سطحي فعالیت کولو اغیزې مطالعې لپاره مناسبه ده ، لکه څنګه چې دلته په بریالیتوب سره ښودل شوي.برسېره پردې، د میسوفاز طبقه او د هغې ډیپول به په اکسایډ او جذب شوي عضوي مالیکولونو پورې اړه ولري او پدې توګه د دواړو لخوا تنظیم کیدی شي.په لابراتوار کې، موږ دمخه د مختلف ایونیک مایعاتو لپاره د آیون کنډکشن ترویج کې لوی توپیرونه ښودلي دي.سربیره پردې، ښودل شوي اصول د آیون لیږد په لور عمومي دي او په دې توګه د مختلف ایون سیسټمونو لپاره هم کارول کیدی شي، د بیلګې په توګه، د سوډیم، مګنیزیم، کلسیم، یا المونیم آئن بیټرۍ لپاره.په پایله کې، د نانوکمپوزیټ الیکټرولایټ د انٹرفیس کنډکشن سره دلته ښودل شوي د یو واحد موادو پر ځای یو مفهوم دی، کوم چې د آیون کنډکشن، ټرانسپورټ شمیره، الیکټرو کیمیکل کړکۍ، خوندیتوب، او د راتلونکي بیټرۍ حجرو نسلونو لپاره لګښت لپاره نور (نانو) انجنیر کیدی شي. .

نانو-SCE د سول-جیل میتود په کارولو سره چمتو شوی و.لیتیم bis (trifluoromethylsulfonyl) imide Li-TFSI؛سیګما-الدریچ؛99.95%، 0.5 ml deionized H2O، 0.5 ml TEOS (Sigma-Aldrich؛ 99.0%)، 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMP-TFSI؛ Sigma-Aldrich؛ 91%)، او. د PGME ملی لیتر په شیشه کې مخلوط شوي.په مرکب کې د [BMP][TFSI] او TEOS تر منځ د molar تناسب، x د 0.25 او 2 ترمنځ توپیر درلود. د Li[TFSI] او [BMP][TFSI] د ملا تناسب په 0.33:1 کې ټاکل شوی.د Li[TFSI] او [BMP][TFSI] مقدار له دې نسبتونو څخه ټاکل شوي.د مثال په توګه، کله چې x = 1، په محلول کې اضافه شوي [BMP][TFSI] او Li[TFSI] په ترتیب سره 0.97 او 0.22 g وو.مخلوط د 1 دقیقو لپاره وهل شوي ترڅو د مونوفاسیک محلول جوړ کړي.دا محلولونه بیا په بند ویالونو کې ذخیره شوي پرته له دې چې د تودوخې او رطوبت کنټرول شوي خونې (SH-641, ESPEC Corp.) کې د تودوخې او RH٪ په ترتیب سره د 25 درجې C او 50٪ ټاکل شوي جیل جوړ کړي.په x پورې اړه لري، مخلوط په اوسط ډول له 5 څخه تر 9 ورځو پورې وخت نیسي ترڅو روښانه جیل جوړ کړي.د جیل کولو وروسته، د 2.4 څخه تر 7.4 ملی لیتر جیل سره ویالونه لومړی په 40 ° C کې د څلورو بشپړو ورځو لپاره په لږ کم فشار (80 kPa) کې وچ شوي او بیا په 25 درجو کې د 72 ساعتونو لپاره د خلا تنور ته لیږدول شوي.لکه څنګه چې پاتې رطوبت لیرې شو، خلا په تدریجي ډول د 50 Pa شاوخوا لومړني فشار څخه نږدې 1 ورځې وروسته 5 Pa وروستي فشار ته راټیټ شو.د اوبو او PGME د لوی مقدار له امله چې باید لرې شي، د SCE ګولۍ د اصلي جیل حجم له 20٪ (x = 0.5) څخه ~ 50٪ (x = 2) ته راټیټ شوي.د پایلې لرونکي جیلونو وزن د نیم مایکرو بیلانس (SM 1245Di-C, VWR) سره اندازه شوی.

TGA په Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) کې د نایتروجن لاندې ترسره شو.د اندازه کولو په جریان کې، نمونې 700 ° C ته د 2 ° C/min د تودوخې درجه کې تودوخه شوې.FTIR سپیکرومیټري د بروکر ورټیکس 70 په کارولو سره د څپې شمیره کې د 4000 څخه تر 400 cm−1 پورې په لیږد حالت کې ترسره شوې.هغه pycnometry د مایکرومیریټکس AccuPyc II 1340 په کارولو سره ترسره شو.

د ionic conductivity اندازه کولو لپاره، د SCE یو کوچنی حجم د مور له شیشې څخه د Ar- ډک دستکشې بکس کې دننه اخیستل شوی و (0.1-ppm H2O او 0.1-ppm O2).د SCE شاوخوا 23 μl په پولیټرافلووروایتیلین (PTFE) حلقه کې د 4.34-mm داخلي قطر او 1.57-mm لوړوالی سره ډک شوی و، د ګولۍ په بڼه.بیا په حلقه کې ګولۍ د دوه سټینلیس سټیل (SS) ډیسکونو (0.2 ملی میتر ضخامت؛ MTI) تر مینځ سینڈوچ شوې.د خنډ اندازه کول د PGSTAT302 (Metrohm) په کارولو سره ترسره شوي، د AC طول 5 mV سره د فریکونسۍ رینج کې له 1 MHz څخه تر 1 Hz پورې.د ion conductivity (σi) په Nyquist پلاټ کې د اصلي محور سره د لوړې فریکونسۍ مداخلې څخه ټاکل شوې.د چلولو اندازه کولو وروسته، د نانو-SCE ګولۍ ته اجازه ورکړل شوه چې د دستکشې په بکس کې نور وچ شي.د تودوخې د انحصار اندازه کولو لپاره، د SS/SCE/SS سټکونه د سکې په حجره کې مهر شوي وو.د سیل کولو وروسته، چلونکي د څو ورځو لپاره ثابت پاتې دي (انځر S3 وګورئ).د سکې د حجرو تودوخه د حرارتي جاکټ سره د حرارتي حمام سره د H2O/ethylene glycol په کارولو سره د کاري وسیلې په توګه کنټرول کیږي.حجرې لومړی تر −15°C پورې سړې شوې او بیا په تدریجي ډول 60°C ته تودوخه شوې.

د هرې نانو-SCE ګولۍ څخه، نږدې 23 μl په یوه حلقه کې راوړل شوي (4.34-mm داخلي قطر او 1.57-mm لوړوالی) د بریښنا اندازه کولو لپاره مستقیم د N2 ډک دستکشې بکس کې دننه د کنټرول رطوبت سره.د SCE سره حلقه بیا د دوه SS ډیسکونو (0.2 ملی میتر ضخامت؛ MTI) تر مینځ سینڈوچ شوې.د خنډ اندازه کول د PGSTAT302 (Metrohm) په کارولو سره د 5 mV د AC طول او فریکونسۍ سره د 1 MHz څخه تر 1 Hz پورې د نووا سافټویر له لارې کنټرول شوي.نمونې د هر RH٪ ارزښت کې د 48 ساعتونو لپاره ساتل شوي مخکې له دې چې چالکتیا تر ثبات پورې وڅیړل شي.د ورکړل شوي RH٪ ارزښت (σi) لپاره مستحکم ایونیک چالکتیا د Nyquist پلاټونو کې د اصلي محور سره د لوړې فریکونسۍ مداخلې څخه ټاکل شوې.

د Li[BMP][TFSI] ILE سره او پرته د ګولۍ مورفولوژي د SEM سره د 1.5 څخه تر 2.0 kV کې د ترمو فشر ساینسي اپریو وسیلې په کارولو سره معاینه شوې چیرې چې په موازي ډول د T1 او T2 کشف کونکي په کارولو سره د دوه ګوني کشف کونکي امیجنگ حالت کې کار کوي. د ژوندي انځور تنظیمات، او د T2 کشف کونکي د ښودل شوي SEM انځورونو ثبتولو لپاره کارول شوي؛نمونه د کاربن کنډکټیو ټیپ کې ټاکل شوې وه.TEM د ټیکنای په کارولو سره ترسره شوی چې په 300 kV کې فعالیت کوي.

ILE د SCE ګولۍ څخه په دوه بیلابیلو لارو لرې شوی.د پورس سیلیکا د ترلاسه کولو لپاره یو انتخاب د 12 ساعتونو لپاره د اسیټون کې د SCE په ډوبولو سره ترسره شو ترڅو Li[BMP][TFSI] ILE استخراج کړي.دا مینځل درې ځله تکرار شوی.بل اختیار په ایتانول کې د SCE ډوبولو سره و.په دې حالت کې، ایتانول د مایع CO2 مهم ټکي وچونکي په کارولو سره لرې شوی.

د سوپر کریټیکل وچولو لپاره دوه مختلف وسایل کارول شوي، د بیلګې په توګه، Automegasamdri-916B، توسیمیس (میتود 1) او د JASCO کارپوریشن (طریقه 2) لخوا دودیز جوړ شوی وسیله.کله چې د لومړۍ وسیلې په کارولو سره ، د وچولو لړۍ د تودوخې د 8 درجې درجې کمیدو سره پیل شوه.وروسته، CO2 د چیمبر له لارې پاک شو، فشار یې 5.5 MPa ته لوړ کړ.په لاندې مرحله کې، CO2 تر 41 درجو پورې تودوخه شوی، فشار 10 MPa ته لوړ شوی، او د 5 دقیقو لپاره ساتل کیږي.د پایلې لپاره، د وینې په مرحله کې، فشار د 10 دقیقو په موده کې کم شوی.کله چې د دودیز جوړ شوي وسیلې په کارولو سره ، ورته ترتیب تعقیب شو.په هرصورت، وخت او فشار د پام وړ توپیر درلود.د پاکولو مرحلې وروسته، فشار د 70 درجې سانتي ګراد په حرارت کې 12 MPa ته لوړ شو او د 5 څخه تر 6 ساعتونو پورې پاتې شو.وروسته، فشار په ترتیب سره د 12 څخه تر 7 MPa، 7 څخه تر 3 MPa، او 3 څخه تر 0 MPa په ترتیب سره د 10، 60، او 10 دقیقو په موده کې کم شوی.

د نایټروجن فزیسورپشن اسوترمونه په T = 77 K کې د مایکرومیریټکس 3Flex سطحي ځانګړتیا شنونکي په کارولو سره اندازه شوي.ترلاسه شوی سوری سیلیکا بیا د 8 ساعتونو لپاره په 100 درجو سانتي ګراد کې د 0.1-mbar ویکیوم الندې خارج شوی.د سوپر کریټیکل وچولو څخه ترلاسه شوی سوری سیلیکا د 18 ساعتونو لپاره په 120 درجو سانتي ګراد کې د 0.1 mbar خلا لاندې ګاز شوی.وروسته، د نایتروجن فزیسورپشن اسوترمونه په T = 77 K کې د مایکرومیریټکس TriStar 3000 اتوماتیک ګاز جذب شنونکي په کارولو سره اندازه شوي.

د PFG-NMR اندازه کول د JEOL JNM-ECX400 په کارولو سره ترسره شوي.د محرک ایکو نبض ترتیب د خپریدو اندازه کولو لپاره کارول شوی و.د نورمال شوي اکو سیګنال کمول، E، په مساوي (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) کې تشریح شوي چیرې چې g د تدریجي نبض ځواک دی، δ د تدریجي موده ده نبض، ∆ د تدریجي نبض د مخکښو څنډو تر مینځ وقفه ده، γ د میګنیټوګیریک تناسب دی، او D د مالیکولونو د ځان د خپریدو ضمیمه ده.د ځان د توزیع کوفیینټ د اکو سیګنالونو په فټ کولو سره اټکل شوی و چې د Eq سره ∆ بدلولو سره ترلاسه شوي.1. 7Li د لیتیم ایون د خپریدو کوفیفینټ ټاکلو لپاره غوره شوی و.ټول اندازه کول په 30 درجو کې ترسره شوي.

د رامان سپیکٹروسکوپي ترتیب په کور کې جوړ شوی سیسټم و چې د ارګون آئن په کارولو سره د 458-nm لیزر اکسیټیشن څراغ سره د ټون کولو وړ و چې په یو بدل شوي اولمپس IX71 مایکروسکوپ سره یوځای شوی و، او بیرته ویشل شوی رڼا د TriVista درې اړخیز سپیکرومیټر سیسټم (پرینسټون وسایلو) له لارې تیریږي. )، کوم چې د نظری سیګنالونو د خپریدو لپاره کارول کیده چې د مایع نایټروجن - یخ شوي چارج - جوړه شوي وسیلې کیمرې په کارولو سره کشف شوي.په دې موجونو کې د لوړ نظری جذب په پام کې نیولو سره، د لیزر تودوخې څخه مخنیوي لپاره نسبتا ټیټ لیزر ځواک کارول شوي (<100 W·cm−2).

د DFT ځمکني حالت جیومیټري اصلاح او تحلیلي فریکونسۍ محاسبه د مشهور B3LYP هایبرډ فعالیت او 6-311++ G** اساس سیټ کارولی ، د Grimme د اتوم - جوړه ډول ډول توزیع سمون (39) سره د بیک - جانسن ډیمپینګ سکیم (D3BJ) سره. په ORCA 3.0.3 (40) کې پلي شوی.د رامان سپیکٹرا د ORCA په کارولو سره سمول شوي ، او د مالیکولر ملکیتونو لید د ORCA ملاتړ شوي تازه سره د ایوګاډرو سافټویر کڅوړې (41) په کارولو سره ترلاسه شوی.

ټول الیکټرو کیمیکل اندازه کول او اړونده نمونې چمتو کول د ارګون څخه ډک دستکشې بکس کې ترسره شوي (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 او H2O کچه) د بریښنایی کیمیکل ځانګړتیاو لپاره وقف شوي.د SCE ګولۍ په لی ربن (Sigma-Aldrich؛ 99.9%) کې د مسو په تخته کې د کاونټر الیکټروډ په توګه ملاتړ شوی و او دوه پنچ شوي لی ډیسکونه (5-mm قطر) د حوالې او کار کولو لپاره د SCE ګولۍ په سر کې ځای په ځای شوي وو. الکترودونهترتیب په انځور کې ښودل شوی.S7.د سرو زرو پنونه د لیتیم حوالې او کاري الکترودونو سره د اړیکو لپاره کارول شوي.د سایکلیک ولټامیټري او د خنډ اندازه کول د نووا سافټویر له لارې کنټرول شوي د PGSTAT302 (Metrohm) په کارولو سره ترسره شوي.سایکلیک ولټامیټری د 20 mV/s د سکین نرخ سره ترسره شوی.د خنډ اندازه کول د AC د 5 mV طول او فریکونسۍ سره د 1 MHz څخه تر 0.1 Hz پورې ترسره شوي.

د 40-nm اناتس TiO2 پتلی فلم الیکټروډ د 300-mm سیلیکون ویفر کې د اټومیک پرت ډیپوزیشن (ALD) لخوا زیرمه شوی و چې د 40-nm TiN انډر لیر سره هم د ALD لخوا زیرمه شوی.دا د الکترولیتونو له لارې د لی-آون چالکتیا د ښودلو لپاره یو عالي ازموینه الیکټروډ دی ، ځکه چې TiO2 د بایسکل چلولو پرمهال د کیمیاوي تخریب او میخانیکي فشار (کوم پام وړ حجم بدلون نه) سره مخ کیږي.د Li/SCE/TiO2 حجرې اندازه کولو لپاره، ILE-SCEs په PTFE حلقه کې د 4.3 ملي میتر قطر او د 0.15 سانتي مترو ضخامت سره ډک شوي؛بیا، حلقه د لی ورق او TiO2 فلم تر منځ شګه شوه.

د نانو-SCE/پتلی فلم الکترود نیم سټیکونه، د LMO الکترود سره، په الکترودونو کې د نانو-SCE فلم ترکیب کولو سره جوړ شوي.په ټولیز ډول 150 μl x = 1.5 محلول، چې د 2 ورځو لپاره عمر لري، د شیشې حلقې (قطر، 1.3 ملي میتر) کې په الیکټرولایټ فلمونو کې ایښودل شوی و.بیا حلقه د پارفیلم سره مهر شوې وه، او محلول په داسې مهر شوي کانټینر کې د 4 ورځو لپاره جیل ته ساتل شوی و.جوړ شوی جیل/الیکټروډ سټیک لکه څنګه چې وچ شوی و ترڅو د نانو-SCE/الیکٹروډ سټیک جوړ کړي.د نانو-SCE ضخامت، د مایکرومیټر په کارولو سره ټاکل شوی، 300 μm و.په نهایت کې، د لیتیم ورق (1.75 ملی متره ضخامت، 99.9٪؛ سیګما-الډریچ) د نانو-SCE/الیکټروډ سټیک کې د انود په توګه فشار راوړل شو.د 100-nm LiMn2O4 (LMO) پتلی فلم الیکټروډ د 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) لاندې پوښونو سره پوښل شوي سیلیکون ویفر کې د Ar فلو لاندې د راډیو فریکوینسي سپټرینګ لخوا زیرمه شوي.دا سټک د 20 دقیقو لپاره د اکسیجن په اتموسفیر کې په 800 درجې سانتي ګراد کې ایښودل شوی و.

LiFePO4 (LFP) الیکټروډ فلمونه د تیغ کوټینګ لخوا چمتو شوي.لومړی، کاربن تور او LFP (2 څخه تر 3 μm) په اوبو کې د کاربوکسی میتیل سیلولوز (CMC) په ترکیب کې اضافه شوي ترڅو یو مخلوط جوړ کړي چې وروسته د سیارې مکسر په کارولو سره همغږي شوي.بیا، همغږي شوي محصول د ډیونیز شوي اوبو او فلورین شوي اکریلیک لیټیکس (JSR, TRD202A) سره په ویکیوم مکسر کې مخلوط شوی ترڅو د الکترود کوټینګ لپاره سلری جوړ کړي.چمتو شوی سلری په المونیم ورق باندې اچول شوی ترڅو د تیغ کوټر په کارولو سره د الکترود فلمونو زیرمه کړي.دا لکه پوښ شوي لوند الیکټروډونه سمدلاسه په اتموسفیر تنور کې د 70 درجې سانتي ګریډ کې د 10 دقیقو لپاره په ارامه هوا کې وچ شوي او نور په 140 سانتي ګراد کې د 4 ساعتونو لپاره په خلا تنور کې وچ شوي.وچ شوي الکترود فلمونه د 91 wt٪ LiFePO4، 3 wt٪ کاربن تور، 2 wt٪ CMC، او 4 wt٪ TRD202A لري.د فلم ضخامت 30 μm دی (د مایکرومیټر او سکین کولو الکترون مایکروسکوپ په کارولو سره ټاکل شوی).

Li4Ti5O12 (LTO) الیکټروډ فلمونه په ورته ډول د مسو ورق باندې جوړ شوي.د وچو الکترودونو ترکیب 85 wt % Li4Ti5O12، 5 wt % کاربن تور، 5 wt % CMC، او 5 wt % فلورین شوی اکریلیک لیټیکس (TRD2001A) دی.د فلم ضخامت 40 μm دی.

د SCE حل د ذرې پر بنسټ LFP او LTO الیکټروډ فلم کې ډراپ-کاسټ شوی و.لومړی، 100 μl x = 1.5 محلول، چې عمر یې د 2 ورځو لپاره و، په یو الکترود فلم کې غورځول شوی و، د 15 ملي میتر قطر سره، د سکې په حجره کې کیښودل شو (#2032, MTI).وروسته له دې چې امیندواره SCE جیل شوی و، فلم د 72 ساعتونو لپاره په ویکیوم تنور کې (<5 × 10−2 mbar) کې د نانو-SCE او الکترود سټیک جوړولو لپاره په 25 درجې سانتي ګراد کې وچ شوی و.د نانو-SCE ضخامت 380 μm و.په نهایت کې، د لیتیم ورق په SCE/الیکټروډ سټیکونو کې د انود په توګه فشار راوړل شو، او د سکې حجره مهر شوه.د الیکټرو کیمیکل اندازه کول د خونې په حرارت کې د سولارټرون 1470E پوټینیوسټټ په کارولو سره ترسره شوي.

د دې مقالې لپاره اضافي مواد په http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1 کې شتون لري

جدول S1.په نانو-SCE کې د سیلیکا میټرکس ساختماني ملکیتونه د سیلیکا (x ارزښت) ته د ایونیک مایع د مالیر برخې زیاتوالي لپاره د N2 جذب/desorption یا BET اندازه کولو او TEM مشاهدو څخه ټاکل شوي.

دا د خلاص لاسرسي مقاله ده چې د کریټیو کامنز انتساب - غیر سوداګریز جواز شرایطو لاندې توزیع شوې ، کوم چې په هره وسیله کې د کارولو ، توزیع او بیا تولید اجازه ورکوي ، تر هغه چې پایله یې د سوداګریزې ګټې لپاره نه وي او په دې شرط چې اصلي کار په سمه توګه وي. حواله شوی

یادونه: موږ یوازې ستاسو د بریښنالیک آدرس غوښتنه کوو ترڅو هغه څوک چې تاسو یې پاڼه وړاندیز کوئ پوه شي چې تاسو غواړئ دوی یې وګورئ، او دا چې دا بې ځایه بریښنالیک نه دی.موږ هیڅ بریښنالیک آدرس نه اخلو.

دا پوښتنه د ازموینې لپاره ده چې ایا تاسو د انسان لیدونکي یاست او د اتوماتیک سپیم سپارلو مخه ونیسئ.

د ژوبین چن، بریخټ پوټ، اکیهیکو ساگارا، نټ ګندرود، میتسوهرو موراتا، جولیان اې سټیل، هیروکي یابې، توماس هینشیل، مارټین رویفیر، موریو تومیاما، هیدیکازو آریس، یوکیهرو کانیکو، میکیناري شیمادا، فیلپین میس، مارتین می.

د پوسټ وخت: جولای-15-2020