سليڪا جيل سولڊ نانوڪومپوزائٽ اليڪٽرولائٽس انٽرفيشل چالکائي پروموشن سان گڏ آئنڪ مائع اليڪٽرولائٽ فلر جي بلڪ لي آئن چالکائي کان وڌيڪ

سولڊ اسٽيٽ لي آئن بيٽرين جي منتقلي 1000 ڪلاڪ/ليٽر ۽ ان کان وڌيڪ توانائي جي کثافت جي طرف ترقي کي قابل بڻائيندي.هڪ ميسوپورس آڪسائيڊ ميٽرڪس جو مرکب غير وولٽائل آئنڪ مائع اليڪٽرولائٽ فلرز سان ڀريو ويو آهي هڪ مضبوط اليڪٽرولائيٽ آپشن جي طور تي.جڏهن ته، اليڪٽرولائيٽ حلن جي سادو قيد نانو ميٽر جي سائيز جي پورز اندر گهٽ آئن چالکائي جي ڪري ٿي جيئن ويسڪوسيٽي وڌي ٿي.هتي، اسان اهو ظاهر ڪريون ٿا ته نانوڪومپوزائٽس جي لي-آئن چالکائي هڪ آئنڪ مائع اليڪٽرولائٽ فلر سان گڏ هڪ ميسوپورس سليڪا مونولٿ تي مشتمل آهي، انٽرفيشل آئس پرت جي تعارف ذريعي خالص آئنڪ مائع اليڪٽرولائيٽ جي ڀيٽ ۾ ڪيترائي ڀيرا وڌيڪ ٿي سگهي ٿو.ionic liquid molecules جي مضبوط جذب ۽ ترتيب انهن کي متحرڪ ۽ ٿلهو بڻائي ٿو جيئن پاڻ انٽرفيشل برف جي پرت لاءِ.adsorbate mesophase پرت جي مٿان ڊيپول جو نتيجو آهي Li+ ions جي حل لاءِ وڌايل وهڪري لاءِ.ion conduction enhancement جو ڏيکاريل اصول مختلف آئن سسٽم تي لاڳو ڪري سگھجي ٿو.

سولڊ اسٽيٽ اليڪٽرولائٽس کي لي-آئن بيٽرين لاءِ ايندڙ واڌارو مهيا ڪرڻ جي اميد ڪئي ويندي آهي ته جيئن هن وقت موجود ڪيٿوڊ ۽ انوڊ ڪيمسٽري تي لاڳو ڪيل 800 ڪلاڪ/ليٽر يا 300 ڪلاڪ/ڪلوگرام جي عملي حد کان وڌي وڃي.سولڊ اسٽيٽ بيٽرين لاءِ توانائي جي کثافت ۾ متوقع اضافو ڪيترن ئي تعاونن مان اچي ٿو، سڀ ٽارگيٽ سيل ۾ فعال مواد جي مقدار جو سيڪڙو وڌائڻ.سڀ کان وڌيڪ شايع ٿيل آهي ليتيم ڌاتو جو تعارف گريفائٽ ۽ گريفائٽ/سلڪان کي انوڊ طور تبديل ڪرڻ لاءِ.خالص ليتيم ڌاتو ۾ سڀ کان وڌيڪ توانائي جي کثافت ممڪن آهي ۽ اهڙيء طرح گهٽ ۾ گهٽ جاء جي ضرورت هوندي.تنهن هوندي به، ڪيترن ئي مسئلن کي اڃا به حل ڪرڻ جي ضرورت آهي، جهڙوڪ ليٿيم ڌاتو جو ناقابل واپسي رد عمل (۽ اهڙيء طرح واپرائڻ)، ڊينڊريٽ ٺهڻ، porous graphite (silicon) electrodes جي مقابلي ۾ planar lithium foils لاءِ موثر موجوده کثافت ۾ اضافو، ۽، آخري. پر گهٽ ۾ گهٽ نه، ليٿيم جو "غائب" خارج ٿيڻ دوران (ڊپليٽنگ) ۽ اهڙيء طرح مضبوط اليڪٽرولائٽ سان رابطي جو نقصان.سيرامڪ سولڊ اليڪٽرولائٽس جي ميڪانياتي طور تي سخت نوعيت جي حقيقت ۾ صفر تعميل آهي، ۽ ليٿيم کي مضبوط طور تي مضبوط اليڪٽرولائٽ جزو جي خلاف دٻاء ڏيڻ لاء انتهائي دٻاء لاڳو ڪرڻ جي ضرورت آهي.ڊسڪريٽ پريشر پوائنٽس اثرائتو مٿاڇري واري علائقي کي اڃا به وڌيڪ گھٽ ڪن ٿا، جنهن جي ڪري مقامي ڊينڊريٽ ٺهڻ ۽ اسپونجي جمع ٿي وڃن ٿا.پوليمر اليڪٽرولائٽس وڌيڪ ميڪانياتي طور تي مطابقت رکندڙ آهن پر اڃا تائين ڪمري جي حرارت تي ڪافي تيز آئنڪ چالکائي نه ڏيکاريندا آهن.ان سلسلي ۾ تمام دلچسپ نون مواد سليڪا جيل اليڪٽرولائٽس آهن، جن کي ”آئنوجلز“ به چيو ويو آهي، جتي هڪ ionic liquid electrolyte (ILE) هڪ نانوپورس سليڪا ميٽرڪس (1) ۾ بند ٿيل آهي.سليڪا ميٽرڪس (70 کان 90٪) جي انتهائي بلند پورائيزيشن انهن نانوڪومپوزائٽ اليڪٽرولائيٽ مواد کي جيل جهڙو تسلسل ڏئي ٿي ۽ اهڙيءَ طرح انهن کي ميڪانياتي طور تي پوليمر اليڪٽرولائٽس سان ملندڙ جلندڙ بڻائي ٿي.اهي سليڪا جيل ڪڏهن ڪڏهن هائبرڊ سڪل اليڪٽرولائٽس جي طور تي ظاهر ڪيا ويا آهن، ڇاڪاڻ ته اهي هڪ مائع تي مشتمل آهن.بهرحال، سليڪا نانو ڪمپوزائٽس لاءِ، جيئن هن مقالي ۾ بيان ڪيو ويو آهي، آئنڪ ”مائع“ اليڪٽرولائٽ مضبوط ٿي وڃي ٿي جڏهن ڏهن نانوميٽر جي سائيز چينلن ۾ محدود ٿئي ٿي، ٻنهي ويسڪوسيٽي ۾ اضافو ۽ سليڪا جي ڀت تي جذب ٿيڻ جي ڪري. چئنل.جيڪڏهن سليڪا ميٽرڪس صرف هڪ ٻرندڙ جدا ڪندڙ جي طور تي ڪم ڪندو، ته پوء محدود مائع اليڪٽرولائٽ لاء ويسڪوسيٽي ۾ اضافو آئنڪ چالکائي ۾ گهٽتائي جو سبب بڻجندو.ان جي بدران، ILE ماليڪيولز ۽ سليڪا پور وال جي وچ ۾ رابطي نانو ڪمپوزائٽ جي ملڪيت کي ان جي انفرادي اجزاء جي رقم کان مختلف بڻائي ٿو.آڪسائيڊس تي آئنڪ مائع جي جذب سان ٺهڪندڙ ميسوفيس تہه ٺهڻ سان ٿورڙي نانو ميٽرن تائين ٿلهي ۾ ڏيکاريل آهي پلانر سطحن تي ايٽمي قوت مائڪرو اسڪوپي (2).آڪسائيڊ سطحن تي آئنڪ مائع انائنس ۽ ڪيشنز جو چونڊيل جذب انهن انٽرفيس سان گڏ لي + چالکائي کي وڌائي سگھي ٿو.يقينن، آڪسائيڊ انٽرفيس سان گڏ واڌارو کي پورز جي بنيادي حصي ۾ محدود ILE ذريعي گھٽيل چالکائي کي معاوضو ڏيڻ يا ان کان به وڌيڪ ڪرڻو پوندو.انهيءَ ڪري، ننڍڙن سوراخن جي سائيز ۽ مٿاڇري کان حجم جي نسبتن جي ضرورت آهي.هن وقت تائين، ionogels سان گڏ آئن conductivities جيڪي ILE جي ويجهو اچن ٿيون پاڻ کي ميسوپورس ڍانچي جي اصلاح سان ظاهر ڪيو ويو آهي (3).هن جو مطلب اهو آهي ته انٽرفيس جي واڌاري اڳ ۾ ئي موجود هئي پر بلڪ چالکائي جي حد تائين نه.

ionogels جي تياري هڪ هم جنس مائع مرکب کان شروع ٿئي ٿي، جنهن ۾ آڪسائيڊ ميٽرڪس (4, 5) جي ٺهڻ لاءِ سول-جيل اڳڪٿي حل ۾ هڪ ILE شامل ڪيو ويندو آهي.هن طريقي ۾، ILE ۽ ميٽرڪس هڪ "سيٽو" انداز ۾ هڪ جامع ٺاهيندا آهن: حل ۾ اڳڪٿيون آئنڪ مائع ٽيمپليٽ جي چوڌاري هڪ آڪسائيڊ ميٽرڪس ٺاهي، ان کي پروسيس ۾ شامل ڪري ٿو.ڪجھ ٺاھڻ جي حالتن جي تحت، تيار ڪيل ILE-SCE (مضبوط جامع اليڪٽرولائٽ) ھڪڙي مونوليٿ جي صورت ۾ ٿي سگھي ٿو ILE سان مسلسل ميسوپورس غير نامياتي آڪسائيڊ نيٽ ورڪ ۾ شامل.هينئر تائين، گهڻو ڪري سليڪا تي ٻڌل ILE-SCEs هن طريقي سان تيار ڪيا ويا آهن، جيتوڻيڪ مثال پڻ ايلومينا (6)، ٽائيٽينيا (7) ۽ ٽين آڪسائيڊ (8) سان پڻ ٺاهيا ويا آهن.سڀ کان وڌيڪ ٻڌايو ويو سول-جيل فارموليشن ۾ هڪ ILE، هڪ الڪائل-سلڪيٽ جهڙوڪ tetraethyl orthosilicate (TEOS) سليڪا اڳڪٿي طور، ۽ فارمڪ ايسڊ ريجنٽ ۽ سالوينٽ (9, 10).هن سول-جيل جي عمل لاءِ تجويز ڪيل ميکانيزم (11) مطابق، سليڪا بنيادي طور تي TEOS ۽ فارمڪ ايسڊ جي وچ ۾ رد عمل جي ڪري پيدا ٿئي ٿي، جيتوڻيڪ پاڻي سول-جيل جي عمل دوران پيدا ٿئي ٿو.ان کان سواءِ فارمڪ ايسڊ تي ٻڌل ”ناناقيوس“ مرکبن سان گڏ، آبي سول-جيل فارموليشن سان گڏ HCl هڪ ڪيٽيلسٽ طور ۽ H2O هڪ ري ايجٽ (پلس آرگنڪ سالوينٽ) پڻ بيان ڪيا ويا آهن، جڏهن ته، هن خاص صورت ۾ سليڪا ڪمپوزٽ جي ٺهڻ لاءِ. صرف ionic مائع (12-15).

عام طور تي، ionogels ڏيکاريو آئن چالکائي ILE ريفرنس جي ڀيٽ ۾ گھٽ.ionogels جي پهرين نسل ۾ ڪمري جي درجه حرارت جي چالکائي عام طور تي صرف 30 کان 50٪ بلڪ ILE قدر هئي، جيتوڻيڪ ڪجهه مثالن کي ٻڌايو ويو آهي جيڪي 80٪ تائين پهچي ويا آهن (9, 10, 16, 17).ILE مواد جو اثر ۽ ionogel conductivity جي نتيجي ۾ pore morphology اڳ ۾ ئي تفصيل سان تحقيق ڪئي وئي آهي (3)؛جڏهن ته، انٽرفيس وڌائڻ واري اثرات جو ڪو منظم مطالعو معلوم ناهي.وو وغيره.(18) تازو ئي رپورٽ ڪئي وئي آهي هڪ ان حالت ۾ فنڪشنلائزڊ آئنوجيل، جنهن کي بلڪ ILE جي مقابلي ۾ چالکائي واڌارو پڻ ڏنو ويو آهي.واڌارو کي سليڪا جي مٿاڇري تي انوئن ۽ 3-گليسيڊيلوڪسائپروپيل فنڪشنل گروپ جي وچ ۾ رابطي سان منسوب ڪيو ويو.هي ڳولڻ انهي خيال جي حمايت ڪري ٿو ته مٿاڇري جي فنڪشنلائيزيشن حقيقت ۾ انٽرفيس جي وهڪري جي واڌاري کي وڌائي سگھي ٿي.

هن ڪم ۾، اسان سليڪا تي هڪ مضبوط برفاني پاڻي جي پرت جي حالت ۾ ٺهڻ جو مظاهرو ڪريون ٿا ۽ سطح جي برفاني فعلي پرت ۽ جذب ٿيل آئنڪ مائع ميسوفيس پرت جي وچ ۾ وڌندڙ ڊپول رابطي جي ذريعي انٽرفيشل لي آئن وهڪري جي ميڪانيزم کي تفصيل سان بيان ڪريون ٿا.اعلي اندروني مٿاڇري واري علائقي ۽ ٿلهي برف جي فنڪشنل پرت جي ميلاپ سان، مضبوط نانوڪومپوزائٽ اليڪٽرولائٽس (نانو-SCE) 200٪ وڌيڪ Li-ion conductivity سان بلڪ ILE حوالي سان حاصل ڪيا ويا.سليڪا ميٽرڪس کي ڏيکاريو ويو آهي هڪ سچي مونوليٿڪ ميسوپورس ڍانچي سان گڏ 90% ۽ 1400 m2/g تائين پوئر حجم ۽ مٿاڇري واري ايراضي، اهڙيءَ طرح انتهائي مٿاڇري کان حجم جي نسبت مهيا ڪري ٿي جيڪا انهن انٽرفيس سان وهڪري جي واڌ ويجهه جو وڏو حصو ڏئي ٿي.سليڪا جي مٿاڇري جي بهتر ڪارڪردگي سان گڏ مٿاڇري کان حجم جي تناسب کي وڌائڻ سان گڏ، نانو-SCE 10 mS/cm کان وڌيڪ آئن چالکائي سان ممڪن طور تي انجنيئر ٿي سگهي ٿو ۽ اهڙيء طرح گاڏين جي ايپليڪيشنن لاء وڏي ظرفيت جي بيٽرين لاء تمام پرڪشش آهن.

اسان جي پيپر جو ڌيان هڪ ميسوفيس پرت جي ٺهڻ جي ذريعي بهتر ڪيل انٽرفيس چالکائي جي ميکانيزم تي آهي جنهن ۾ رامان، فوئرر ٽرانسفارم انفراريڊ (FTIR)، ۽ ايٽمي مقناطيسي گونج (NMR) اسپيڪٽرو اسڪوپي جي ثبوت سان.اسان جي نانو-ايس سي اي مواد جي انٽرفيس جي استحڪام کي تيز وولٽز تي ٿلهي فلم ليتيم مينگنيز آڪسائيڊ (LMO) اليڪٽرروڊ استعمال ڪندي ڏيکاريو ويو آهي.هن طريقي سان، اليڪٽرروڊ انضمام ۽ سيل اسيمبليء جي مسئلن جي بدران مواد تي ڌيان رکي ٿو.اهڙيء طرح، electrochemical ونڊو ۽ lithium ڌاتو ورق جي خلاف استحڪام مڪمل طور تي characterized آهن.اسان جي نانو-ايس سي اي جي ڪارڪردگي ۽ انضمام کي ليتيم آئرن فاسفٽ (LFP) ۽ ليتيم ٽائيٽنٽ (LTO) سيلز جي اسيمبلي ۽ شرح ڪارڪردگي ٽيسٽ ذريعي ڏيکاريل آهي.اسان جي اليڪٽرولائيٽ جي استحڪام ۽ برفاني پاڻي جي اليڪٽررو ڪيميڪل غير فعالي ڏيکاريا ويا آهن سميٽرڪ لي-SCE-لي سيلز جي ڊگهي عرصي واري سائيڪل ذريعي.توانائي جي کثافت جي اصلاح، شرح جي ڪارڪردگي، ۽ مڪمل طور تي گڏ ٿيل سيلز جي سائيڪل جي ڪارڪردگي کي فالو اپ پيپرز جو ڌيان ڏنو ويندو (19، 20).

ٻن مرحلن واري جامع سسٽم ۾ انٽرفيشل آئن چالکائي جي واڌاري تقريبن 90 سالن کان معلوم ٿي چڪي آهي (21).مثال طور، ionic conductivity ۾ واڌ جا چار آرڊر ڏيکاريا ويا آھن سادو ليٿيم لوڻ جي مرکبن لاءِ جيئن ليٿيم آئوڊائڊ ميسوپورس آڪسائيڊ ذرڙن جھڙوڪ سليڪا يا ايلومينا سان گڏ خالص ليٿيم لوڻ اليڪٽرولائٽ جي آئن چالڪيت جي مقابلي ۾ (22).انهن SCEs ۾ آئنز لي آئن-ختم ٿيل (يا خالي جاءِ سان ڀريل) برقي ڊبل پرت سان گڏ آڪسائيڊ / اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس تي ٺهيل تمام تيزيءَ سان ڦهلجي سگهن ٿا.بدقسمتيءَ سان، هنن سادو ٻن جزن ۾ حاصل ڪيل آئن چالکائي غير نامياتي سولڊ ڪمپوزائٽس (1) لي-آئن بيٽري ۾ موجوده ڪليڪٽر پليٽن جي وچ ۾ چند سو-مائڪرو ميٽر جي فاصلي کي پورو ڪرڻ لاءِ گهربل 1-mS/cm2 حد کان وڌيڪ نه آهي. .ionic conductivity کي انجنيئر ڪرڻ لاءِ آڪسائيڊ ميٽرڪس سان heterogeneous doping جو تصور پڻ پوليمر اليڪٽرولائٽس (23) ۽ ILEs (24) لاءِ دريافت ڪيو ويو آهي، جن کي شروع ڪرڻ لاءِ اعليٰ اندروني ionic conductivity آهي.ان کان علاوه، ٽين جزو جي امير ماليڪيولر (اسٽيريو) ڪيمسٽري اضافي آئن ڪنڊڪشن ميڪانيزم کي کوليندي آهي، جيئن (ڊي) پولر سالوينٽس جهڙوڪ ماليڪيول برقي ڊبل پرت جي ٺهڻ ۾ حصو وٺي سگهن ٿا.جڏهن ته پوليٿيلين آڪسائيڊ پوليمر اليڪٽرولائٽس ۾ ايٿر گروپن جو حل ڪندڙ عمل LiClO4 کان ~10−5 S/cm لاءِ LiN(SO2CF3)2 لاءِ ~10−6 S/cm جي سالڊ-اسٽيٽ آئن چلڪ فراهم ڪري ٿو، انهن جو مرکب سليڪا، ايلومينا سان ، يا ٽائيٽينيا نانو ذرات حقيقت ۾ ماپيل آئن چالکائي ۾ 10-گنا واڌارو مهيا ڪري سگھن ٿا (25)، بدقسمتي سان، اڃا به ڪمري جي گرمي پد 1 mS/cm جي حد کان هيٺ.ILE حل لي-نمڪ محلول ۽ هڪ آئنڪ مائع محلول جا مرکب آهن، جيڪي اڳ ۾ ئي 0.1 ۽ 10 mS/cm (26, 27) جي وچ ۾ اعلي اندروني آئنڪ چالڪتا هوندا آهن.ڪيتريون ئي ڪوششون ڪيون ويون آهن ته آئن چالکائي کي وڌائڻ لاءِ ان کي آڪسائيڊ نانو پارٽيڪلز سان ملايو يا گل ڪري يا ILE کي mesoporous microparticles ۾ محدود ڪرڻ (9, 16, 28, 29).بهرحال، هينئر تائين، ٽن جزن جي لي-نمڪ/آئنڪ مائع/آڪسائيڊ ڪمپوزائٽس (fig. S1) لاءِ آئن چالاڪيءَ ۾ ڪو به واڌارو نه ڏٺو ويو آهي.جيتوڻيڪ mesoporous سليڪا microparticles جي استعمال جي نتيجي ۾ اعلي چالکائي جي نتيجي ۾ ٺهڪندڙ نانو ذرات سان گڏ ڪمپوزائٽس جي مقابلي ۾، انٽرفيشل سطح جي ايراضي ۽ آئن جي وهڪري جي واڌاري بلڪ ILE چالکائي کان وڌڻ لاء ڪافي نه آهن.

Mesoporous silica هڪ مشهور مواد آهي جيڪو ڪيٽيليسس ۾ استعمال ٿيندو آهي.اهو عام طور تي هائڊروٿرمل يا سادي سول-جيل جي ٺهيل آهي.هائيڊروٿرمل عمل عام طور تي ميسوپورس پائوڊرز ڏانهن وٺي ويندا آهن، پر ڪمري جي گرمي پد جي محتاط ڪنٽرول سان سول-جيل پروسيس، وڏي ٻرندڙ شيشي جي مونوليٿس يا ايروگلس پڻ پيدا ڪيا ويا آهن.سليڪا ميٽرڪس ٽيٽرا-الڪائل آرٿوسيليڪيٽس (30) جي هائڊروليسس ۽ ڪنڊينسيشن رد عمل ذريعي ٺهيل آهي.سوراخ جي ڍانچي جي ڪنٽرول ۾ ڪنجي ٽيمپليٽس جو استعمال آهي، مثال طور، هڪ سرفڪٽينٽ قسم جو مائيڪل، جنهن جي چوڌاري سليڪا ميٽرڪس ٺهيل آهي.جڏهن هڪ ionic liquid کي templating molecule جي طور تي شامل ڪيو ويندو آهي، هائيڊريٽ ٿيل سليڪا ميٽرڪس آئنڪ مائع سان رابطو ڪري، هڪ جيل ٺاهيندو آهي، ۽ علاج ڪرڻ ۽ خشڪ ٿيڻ کان پوء، آئنڪ مائع مضبوط نانوپورس سليڪا ميٽرڪس (13) جي اندر محدود هوندو آهي.جڏهن ليتيم لوڻ کي ٽين جزو جي طور تي شامل ڪيو ويندو آهي، ILE سليڪا ميٽرڪس ۾ محدود هڪ سليڪا جيل اليڪٽرولائٽ ٺاهيندو آهي، جنهن کي پڻ ionogel (24) جو حوالو ڏنو ويو آهي.بهرحال، هينئر تائين، اهي سليڪا جيل اليڪٽرولائٽس ڏيکارين ٿيون ته ڪنوليڪيوٽيز کي بلڪ ILE جي ويجهو اچي ٿو پر ان کان وڌيڪ نه آهي، سواءِ هڪ صورت جي جتي سليڪا کي ڪيميائي طريقي سان ڪم ڪيو ويو هو (ڏسو تعارف) (18).

هتي، اسان ڏيکاريون ٿا، خالص ILE کان ٻاهر نانوڪومپوزائٽ جي لي-آئن چالکائي جي سسٽماتي واڌاري.1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMP-TFSI) جو مثال هتي استعمال ڪيو ويو آهي.اهو فرض ڪيو ويو آهي ته OH-ختم ٿيل سليڪا جي مٿاڇري تي آئنڪ مائع ماليڪيولز جي جذب کي هڪ بين الاقوامي برفاني پاڻي جي پرت جي موجودگي سان وڌايو ويندو آهي.برفاني پاڻي ۽ TFSI− anion جي وچ ۾ مضبوط هائڊروجن بانڊ آئنڪ مائع جي ماليڪيولر آرڊرنگ کي جنم ڏئي ٿو، ترتيب ڏنل ڊومينز وانگر جيڪي خود بخود آئنڪ مائع ۾ ٺهن ٿا (31).بلڪ ILE ۾ بي ترتيب ٺهيل ڊومينز سان اهم فرق اهو آهي ته برف جي پرت هڪ فنڪشنل پرت جي طور تي ڪم ڪري ٿي جيڪا (i) آڪسائيڊ سطح تي ماليڪيولر آرڊرنگ کي اتساهه ڏئي ٿي ۽ (ii) آزاد Li+ کي ڇڏڻ لاءِ ڊيپولز کي متحرڪ ڪرڻ لاءِ ڪافي مضبوط H-bonding متعارف ڪرائي ٿي. وڌائڻ لاء.اڳتي هلي مفت Li+ ڪنسنٽريشن ۾ اضافو، اسان ڏيکارينداسين ته ڦهلائڻ واري توانائيءَ جي ڪمپوزٽ انٽرفيس سان گڏ adsorbed ILE پرت ۽ برف جي پاڻيءَ جي پرت سان گهٽ آهي.

سليڪا تي چند-مونوليئر-ٿلهي مٿاڇري واري پاڻي جي پرت هڪ مضبوط-جهڙي پرت آهي، ڇاڪاڻ ته اهو H-برج ذريعي سلانول گروپن سان مضبوط طور تي جڙيل آهي ۽ ان ڪري پڻ برف جي پرت طور حوالو ڏنو ويو آهي (32).ان جي کثافت ۽ ٿلهي (انداز ٿيل ٽن کان چار monolayers تائين، ~ 0.25 nm في آئس monolayer سان) ماحول ۾ جزوي پاڻي جي دٻاء [لاڳاپتي نمي (RH)] سان thermodynamic توازن ۾ آهن (fig. S2).اسان ڏيکاريون ٿا ته آئن چالڪيت برفاني پاڻي جي پرت جي ٿلهي سان وڌي ٿي جيئن جذب ٿيل آئنڪ تہن سان هائڊروجن بانڊنگ پڻ وڌي ٿي.برفاني پاڻي جي پرت ڪيميائي مرڪب ۾ ڪرسٽل پاڻي وانگر مستحڪم آهي.اهو انتهائي متضاد آبي اليڪٽرولائٽس يا لوڻ جي مرکب ۾ نام نهاد پاڻي جي بلڪل ابتڙ آهي، جتي اليڪٽررو ڪيميڪل ونڊو تمام گهڻو وسيع آهي پر، آخرڪار، پاڻي اڃا تائين اليڪٽرروڪيميڪل طور تي فعال آهي (33).

عام فارمڪ ايسڊ-ڪيٽيلائزڊ آئنوجيل ترڪيبون کان مختلف، اسان استعمال ڪيو ھڪڙو نرم پي ايڇ 5 مرکب پاڻي جي وڏي اضافي سان ۽ PGME (1-methoxy-2-propanol) Li-TFSI لوڻ ۽ BMP-TFSI ionic مائع سان TEOS اڳڪٿي ۾ شامل ڪيو ويو.هن پي ايڇ تي، هائيڊولائيزيشن ردعمل سست هوندا آهن، جڏهن ته ڪنسنسيشن سازگار آهي (30).لي آئن کي هائڊروليسس جي رد عمل لاءِ ڪيٽيليسٽ طور ڪم ڪرڻ جو يقين آهي، ڇاڪاڻ ته ليٿيم لوڻ جي غير موجودگيءَ ۾ ڪو به جليشن نه ٿيو جڏهن ته ٻنهي جو پي ايڇ 5 ساڳيو هو. TEOS (۽ اهڙيءَ طرح سليڪا موئيٽس) ۾ آئنڪ مائع جو داڻو تناسب آهي. x قدر جي طور تي اشارو ڪيو ويو ۽ 0.25 ۽ 2 جي وچ ۾ مختلف هو. BMP-TFSI کان Li-TFSI جو داغ تناسب 3 تي رکيو ويو (1 M Li-ion حل سان لاڳاپيل).سست خشڪ ڪرڻ ضروري هو ته مونولٿ جي ساخت جي سالميت کي برقرار رکڻ لاء (ڏسو مواد ۽ طريقا).شڪل 1A ڏيکاري ٿو هڪ monolithic pellet جو هڪ تصوير جيڪو ويڪيوم خشڪ ٿيڻ کان پوءِ حاصل ڪيو ويو آهي.72-ڪلاڪ ويڪيوم خشڪ ڪرڻ تمام نمي کي هٽائڻ لاءِ ڪافي هئي ان نقطي تي جتي تمام مفت پاڻي هٽايو ويو جڏهن ته جذب ٿيل برفاني پاڻي جي پرت مڪمل طور تي برقرار رهي، جيئن FTIR پاران تصديق ڪئي وئي آهي.1635 cm−1 تي خالي پاڻي لاءِ ڪي به ارتعاش نه مليا آهن ڪنهن به نموني ۾ ويڪيوم خشڪ ڪرڻ واري مرحلي کان پوءِ (تصوير 2).مقابلي لاءِ، نانو-SCE نموني لاءِ FTIR اسپيڪٽرم (x = 1.5) 1 هفتي لاءِ محفوظ ڪيل N2 دستانو باڪس ۾ 60٪ RH ڏيکاريل آهي.انهي حالت ۾، صاف پاڻي جي چوٽي ظاهر ٿئي ٿي.ٻئي طرف، سڀئي نمونا، سلانول جي سطح جي فنڪشنلائيزيشن لاء واضح سگنل ڏيکاريا آهن (Si─OH 950 ۽ 980 cm−1 جي وچ ۾ موڙيندڙ) ۽ هڪ جذب ٿيل برفاني پاڻي جي پرت (O─H ~ 3540 cm−1 تي وڌندي) سان ڳنڍيل آهي. H-bonding پاران ─OH مٿاڇري جا گروپ (وڌيڪ تفصيل هيٺ ڏنل).نانو-SCE (ٽيبل S1) ۾ رکيل پاڻي کي ماپڻ لاءِ سڪي وڃڻ کان اڳ ۽ پوءِ شيشي جو وزن ڪيو ويو.بعد ۾، اسان اضافي وزن کان مٿاڇري تي پابند برف جي تہن جي لاڳاپيل monolayers جو تعداد حساب ڪنداسين.ويڪيوم-سڪل پيليٽس کي دستانو دٻي ۾ آندو ويو [<0.1-ppm (حصو في ملين) H2O] ۽ اصل پاڻي جي مواد کي برقرار رکڻ لاءِ بند شيشي ۾ محفوظ ڪيو ويو.وڌيڪ خاصيت لاءِ pellet مان هڪ ننڍڙو حجم ورتو ويو.

(الف) ٻن نانو-ايس سي اي گولن جي تصوير (بائیں) شيشي ۾ ٺهيل؛gelation کان پوء، هڪ شفاف pellet حاصل آهي.ياد رهي ته گولي مڪمل طور تي شفاف آهي ۽ تنهن ڪري ڏيکاريل لاء هڪ نيري رنگ ڏنو ويو آهي.جڏهن ILE هٽايو ويندو آهي، هڪ ٿلهي سفيد پيلٽ رهي ٿو انتهائي سوراخ واري سليڪا ميٽرڪس (ساڄي).(ب) اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسکوپي (SEM) تصوير جي SiO2 ميٽرڪس جيڪا ILE کي هٽائڻ کان پوءِ رهي ٿي.(سي) ۾ ڏيکاريل تصوير جو زوم (B) ڪجهه ميڪروپورس سان گڏ ميٽرڪس مواد جي ميسوپورس فطرت کي ظاهر ڪندي.(D) ٽرانسميشن اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپي (TEM) تصوير ڏيکاريندي 7- کان 10-nm سليڪا نانو پارٽيڪلز جي ٿلهي پيڪنگ کي ٻرندڙ ميٽرڪس مواد جي بلڊنگ بلاڪ جي طور تي.(E) ILE جي مختلف molar ratios لاءِ پلاٽ ڪيل ميٽرڪس ڍانچي جي پورسيٽي SiO2 (x قدر) جي حوالي سان.ڊيش ٿيل لائن نظرياتي پورسيٽي ڏئي ٿي جيڪا ILE ۽ سليڪا جي حجم جي ڀاڱي مان طئي ڪئي وئي آهي.ايسٽون سان ڍڪيل نمونا (ڪارا چورس) هوا ۾ خشڪ ڪيا ويا، جيڪي x > 0.5 لاءِ ساخت جو جزوي ٽٽڻ ڏئي ٿو.Ethanol-rinsed nano-SCE (سبز حلقن) کي سپر ڪرٽيڪل CO2 خشڪ ڪرڻ سان CO2 (اوپن دائرو) کي وڌيڪ سست ختم ڪرڻ لاءِ x = 2 تائين ڪليپ ٿيڻ کان روڪي ٿو.BET، Brunauer-Emmett-Teller.فوٽو ڪريڊٽ: فريڊ لوسن، imec؛Akihiko Sagara، Panasonic.

(الف) نانو-SCE جو IR اسپيڪٽرا جيئن ويڪيوم ۾ خشڪ ڪيو ويو (ڪارو) ۽ اڳتي هلي هڪ دستانو جي دٻي ۾ 0.0005٪ RH سان 9 ڏينهن تائين خشڪ ڪيو ويو (نيرو) ۽ 30٪ RH تائين 4 ڏينهن تائين (ڳاڙهو) ۽ 60 تائين. % RH 8 ڏينهن لاءِ (سائي)، ترتيب سان.au، صوابديدي يونٽ.(ب) هڪ Li/SCE/TiN اسٽيڪ جا سائيڪل وولٽمگرامس x قدرن سان 1.0 (نيرو)، 1.5 (سائي) ۽ 2.0 (لال) ۽ ILE حوالي سان (ڪارو)؛inset logarithmic پيماني ۾ موجوده ڏيکاري ٿو.(سي) Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 اسٽيڪ (ڳاڙهو)، ILE (ڊٽ ٿيل ڪارا)، ۽ ILE 5 وزن سان اسپيڪ ٿيل % (wt %) H2O (ڊيش-ڊٽڊ نيري لائين) جا سائيڪل وولٽمگرام؛(B) ۽ (سي) ۾، ماپون ILE ۽ ILE سان H2O سان ٽي-اليڪٽروڊ ترتيب ۾ ڪيا ويا ٽي اين سان ڪم ڪندڙ اليڪٽروڊ ۽ لي جي طور تي ڪاؤنٽر ۽ ريفرنس اليڪٽروڊس.ايس سي اي کي 2 ڏينهن تائين خشڪ ڪيو ويو دستانو باڪس ۾ ويڪيوم خشڪ ٿيڻ کان پوءِ.

اسان جي ويڪيوم-اينيلڊ نانو-SCE جي آئنڪ چالڪيت (σi) ILE (x قدر) جي مقدار جي ڀاڱي سان وڌي وئي جيئن ذرو مرکبات لاءِ (تصوير S1).جڏهن ته، هن حالت ۾، آئنڪ چالکائي خود خالص ILE کان 200٪ کان وڌيڪ اعلي x قدرن لاءِ وڌي وئي (تصوير 3).ان کان علاوه، نانو-ايس سي اي جي درجه حرارت تي انحصار وڌايو ويو آئن چالکائي سان خالص ILE کان مختلف رويي ڏيکاري ٿو: جڏهن ته BMP-TFSI ILE ۾ Li-TFSI چالکائي ۽ چالو توانائي ۾ واضح تبديلي ڏيکاري ٿو (سلپ) پگھلڻ جي چوڌاري. 29 ° C تي مرکب جو نقطو، نانو-SCE وڌايل چالکائي سان نه.ان جي بدران، اهو ڏيکاري ٿو مسلسل ڦيرڦار ۾ σi سان درجه حرارت، ظاهر ڪري ٿو ته اڳ ۾ اڻڄاتل قسم جو مرحلو يا ميسوفيس ٺهيل آهي، جيڪو پوء وڌايو ويو چالکائي لاء ذميوار آهي.ان کان علاوه، ننڍي سلپ ۽ اهڙيء طرح نانو-SCE لاء ILE جي مقابلي ۾ ڦهلائڻ لاء گھٽ چالو توانائي مختلف مادي ملڪيتن جي نشاندهي ڪن ٿا (fig. S3).اهو پيش ڪيو ويو آهي ته آئنڪ مائع انو ۽ سليڪا اسڪفولڊ تي مضبوط برفاني پرت جي وچ ۾ مضبوط رابطي جو ذميوار آهي مشاهدو ميسوفيس رويي لاء، جيئن هيٺ ڏنل تجويز ڪيل نموني سان بحث ڪيو ويندو.

(الف) نانو-ايس سي ايز جي چالکائي جي درجه حرارت جو انحصار 8 ڏينهن لاءِ دستانو باڪس (GB) ۾ x قدرن سان 2 (ڪارو چوڪن)، 1.75 (نارنگي حلقن)، 1.5 (نيري ٽڪنڊيز) ۽ 1.0 (سائي ٽڪنڊيز) سان. ) ۽ ILE حوالي سان (کليل چوڪن).(ب) نانو-ايس سي ايز جي چالکائي اضافي طور تي GB ۾ خشڪ 0 ڏينهن (سائي چوڪن)، 10 ڏينهن (ڪارو ٽڪنڊيز)، ۽ 138 ڏينهن (نيرو ٽڪنڊيز).(سي) نانو-ايس سي اي جي سڪل وقت جي چورس روٽ جي مقابلي ۾ 2 (ڪارو چورس)، 1.5 (نيرو ٽڪنڊيز)، 1.0 (سائي ٽڪنڊيز)، ۽ 0.5 (برائون هيرن) جي x قدرن سان.(D) نانو-SCE جي چالکائي سان x = 2 (ڪارو چوڪن)، 1.5 (نيري ٽڪنڊيز)، ۽ 1.0 (سائي ٽڪنڊيز) N2 ڀريل نمي واري چيمبر ۾ بي نقاب.

دستانو جي دٻي ۾ آرگن ماحول ۾ 0.1 پي پي ايم کان گهٽ پاڻي آهي، جيڪو 0.0005٪ RH، 0.01 Pa جي جزوي پاڻي جي دٻاء، يا −88 ° C جي اوس پوائنٽ جي برابر آهي.جيئن ته سلانول ختم ٿيل سليڪا تي جذب ٿيل پاڻي جي تہن جو تعداد پاڻيءَ جي جزوي دٻاءَ (fig. S2) سان برابريءَ ۾ آهي، سطح جو پاڻي آهستي آهستي نانو-SCE کان ٻاهر نڪرندو ۽ ڪنارن تي نمايان ٿيندو.شڪل 3C نانو-SCE جي 23 μl لاء چالکائي ۾ تبديلي ڏيکاري ٿو دستانو باڪس ۾ رهائش واري وقت جي فنڪشن جي طور تي.آئن چالکائي سڪي وڃڻ سان گهٽجي ويندي آهي جيستائين اها سليڪا جي مٿاڇري سان ملندڙ هڪ قدر تي پوري نه ٿي وڃي، جيڪا دستانن جي دٻي ۾ 0.01 Pa جي پاڻيءَ جي جزوي دٻاءَ سان توازن ۾ رهي.جيتوڻيڪ دستانن جي دٻي جي انتهائي خشڪ حالتن ۾، گهٽ ۾ گهٽ، سلانول تي جذب ٿيل پاڻي جو هڪ جزوي monolayer موجود آهي، جيئن ته رامن اسپيڪٽروڪوپي اڃا تائين 3524 cm−1 تي هڪ سگنل ڏيکاريو آهي، جيڪو سلانول تي جذب ٿيل پاڻي جي پهرين monolayer لاء مخصوص آهي. (تصوير 4B).سنتر ٿيل حالتن ۾ آئن چالکائي سڀني صورتن ۾ انفرادي ILE جي هيٺان هئي.ان ڪري، واڌارو ڪافي نه آهي ته پور جي بنيادي حصي ۾ محدود ILE جي آئنڪ چالکائي ۾ نقصان جي معاوضي لاءِ.

(الف) نانو-SCE جو IR اسپيڪٽرا x قدر سان 1.5 (ڳاڙهو)، ILE حوالو (ڪارو) ۽ SiO2 (نيري)، ڏيکاري ٿو ته O═S═O گروپ (1231 cm−1) شامل آهي. سليڪا جي مٿاڇري تي OH-گروپ سان رابطي.(ب) نانو-ايس سي اي جو رمن اسپيڪٽرا x قدرن سان 2 (ڪارو)، 1.5 (ڳاڙهو) ۽ 0.5 (نيرو)، جيڪو سنترپشن جي ويجهو نانو-SCE (0.0005) لاءِ سلانول ختم ٿيل سليڪا تي بند ٿيل برف جي پاڻي جي موجودگي کي ڏيکاري ٿو. % RH) هڪ دستانو باڪس ۾ (30 ڏينهن).(سي) نانو-SCE ۾ لي-TFSI کي آزاد Li+ ۾ الڳ ڪرڻ سان انٽرفيس رابطي لاءِ تجويز ڪيل ماڊل جيئن TFSI− anion پنهنجي منفي چارج جو حصو جذب ٿيل برف-TFSI-BMP پرت سان شيئر ڪري ٿو؛رنگ مختلف عنصرن جي نمائندگي ڪن ٿا جن ۾ جامني (سلڪون)، ڳاڙهو (ليٿيم)، ڳاڙهو پيلو (سلفر)، نارنگي (آڪسيجن)، نيرو (نائيٽروجن)، اڇو (هائيڊروجن) ۽ سائو (فلورين) شامل آهن.جامني رنگ جي ڊيش ٿيل لائينون TFSI anion جي O═S گروپ جي وچ ۾ هائڊروجن بانڊ جي نمائندگي ڪن ٿيون ۽ هائيڊروڪسيلڊ سليڪا جي سطح جي OH گروپن جي وچ ۾.لي + آئن جيڪي ڊپول پاران جذب ٿيل پرت مٿان آزاد سيٽ ڪيا ويا آهن اهي ايندڙ موبائيل ذريعي لڏپلاڻ ڪري سگهن ٿا يا انٽرفيس پرت جي مٿان آئنڪ مائع پرت کي ڦهلائي سگهن ٿا.نوٽ ڪريو ته هائڊروجن بانڊ جي طاقت ۽ سليڪا تي برابر چارج جي بنياد تي، ڪيترن ئي جذب ٿيل پرت پڻ ٺاهي سگھجن ٿيون.مڪمل اسپيڪٽرا تصوير ۾ ڏيکاريل آهن.S8.

هڪ دلچسپ مشاهدو خشڪ ٿيڻ وقت جي چورس روٽ سان لڪير جو تعلق آهي جيئن تصوير 3C ۾ ڏيکاريل آهي، اهو ظاهر ڪري ٿو ته چالکائي تبديلي سڌي طرح سليڪا تي جذب ٿيل برفاني پاڻي جي مقدار ۾ تبديلين سان متناسب آهي ۽ اهو آهي ته هن سطحي پاڻي کي هٽائڻ. پکيڙ محدود.ياد رهي ته ”خشڪ“ صرف هڪ کليل ماحول ۾ ٿئي ٿي جتي آر ايڇ برابري واري برفاني پرت کان گهٽ هجي.چالکائي قابل ذڪر تبديلي نه آئي، مثال طور، بند ڪوئن سيلز ۾ استعمال ٿيل درجه حرارت تي منحصر ماپ لاء.

نانو-ايس سي اي جي درجه حرارت انحصار دستانو باڪس ۾ خشڪ ٿيڻ جي مختلف وقتن لاءِ ماپي وئي هئي.جيئن ته خشڪ نانو-SCE جي چالکائي ILE جي ويجهو آئي، مسلسل σi بمقابله 1/T پروفائلز mesophase چالکائي لاءِ آهستي آهستي ILE لاءِ پروفائل ۾ تبديل ٿي ويا، ٻيهر ان جي پگھلڻ واري نقطي (fig. S3) جي چوڌاري ڊپ کي ظاهر ڪندي.اهو مشاهدو ان مفروضي جي وڌيڪ حمايت ڪري ٿو ته برف جي پرت ILE سان انٽرفيس رابطي لاءِ هڪ فنڪشنل پرت جي طور تي ڪم ڪري ٿي، نانو-SCE ۾ ميسوفيس رويي کي جنم ڏئي ٿي.ان ڪري، جڏهن فنڪشنل پرت کي هٽايو ويندو آهي، ILE صرف هڪ ميسوپورس آڪسائيڊ جھلي ۾ محدود ٿي ويندو آهي.

اليڪٽررو ڪيميڪل اسٽيبلشمينٽ ونڊو جي ماپون تصديق ڪن ٿيون ته نانو-ايس سي اي ۾ برف جو پاڻي مستحڪم آهي، ڇاڪاڻ ته پاڻي جي گھٽتائي يا آڪسائيڊائيزيشن لاءِ ڪا به چوٽي inert TiN اليڪٽرروڊ (Fig. 2) تي نظر نه آئي ۽ نه ئي TiO2 پتلي فلم اليڪٽرروڊ تي، جيڪا ٻي صورت ۾ ڪم ڪري ٿي. پاڻي جي گھٽتائي لاء هڪ electro-catalyst طور.ان جي بدران، نانو-SCE جي اليڪٽرڪ ڪيميڪل استحڪام ILE سان تمام گهڻي مشابهت رکي ٿي ۽ اهڙيءَ طرح محدود آهي TFSI− جي اليڪٽروڊ پوٽيشلز تي آڪسائيڊشن> 4.3 V ۽ TFSI− ۽ BMP+ جي گھٽتائي جي صلاحيت <1 V بمقابله Li+/Li. (33).مقابلي لاءِ، هڪ ILE لاءِ وولٽمگرام ڏيکاريو ويو آهي 5 وزن سان % (wt %) پاڻي شامل (ساڳي مواد جيئن ڪجهه نانو-SCE لاءِ؛ ڏسو ٽيبل S1).ان صورت ۾، پاڻيء جي گھٽتائي لاء ڪيٿوڊڪ شاخ کي فوري طور تي ماپي ويندي آهي Li-intercalation جي چوٽي تي 1.5 V بمقابلي Li+/Li.

نانو-ايس سي اي جي حرارتي ۽ (اليڪٽرو) ڪيميائي استحڪام گهڻو ڪري ILE فلر طرفان طئي ڪيو ويندو آهي.Thermogravimetric analysis (TGA) SCE ۽ ILE جي حرارتي استحڪام کي 320 ° C تائين ڏيکاريو، ILE-to-silica ratio (fig. S4) کان سواءِ.هن گرمي پد کان مٿي، Li-TFSI ۽ BMP-TFSI مڪمل طور تي غير مستحڪم اجزاء کي ختم ڪري ٿو، ۽ صرف سليڪا ميٽرڪس 450 ° C جي چوڌاري رهي ٿو.گرميءَ جي خراب ٿيڻ کان پوءِ باقي رهيل ماس فيصد حقيقت ۾ SCE ۾ سليڪا جي جزن سان چڱيءَ طرح ملن ٿا.

نانو-ايس سي اي اسڪيننگ اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپي (SEM) ۾ ڪو به واضح مائڪرو اسٽرڪچر نه ڏيکاريو، سواءِ هڪ هموار مٿاڇري جي، جنهن ۾ ڪجهه سليڪا پيچ نڪرندا آهن (تصوير S5).SCE جي مخصوص کثافت هڪ هيليم پائڪنوميٽر سان طئي ڪئي وئي هئي ۽ تقريبن 1.5 g/cm3 سڀني x قدرن لاءِ هئي (ٽيبل S1).مڪمل سليڪا ميٽرڪس ILE جي سخت نڪتل ذريعي هڪ سالوينٽ ۾ ظاهر ڪيو ويو (ڏسو مواد ۽ طريقا).CO2 جي نازڪ نقطي تي احتياط سان خشڪ ڪرڻ سان، برقرار ايئرجل مونولٿس حاصل ڪري سگھجن ٿا جيئن تصوير 1A ۾ ڏيکاريل آھي.SEM انسپيڪشن 10- کان 30-nm پور قطر سان ميسوپورس سليڪا جو هڪ اسڪفول ڏيکاري ٿو، جيڪو 100 کان 150 nm جي وڏن ميڪروپورس جي چوڌاري ويڙهيل آهي، جيئن تصوير 1 (B ۽ C) ۾ ڏسي سگھجي ٿو.هاءِ ريزوليوشن ٽرانسميشن اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپي (TEM) (Fig. 1D) هڪ مائڪرو اسٽرڪچر کي وڌيڪ بي نقاب ڪيو جيڪو ويجهڙائي سان ڀريل سليڪا نانو ذرات تي مشتمل آهي.0.5 ۽ 1.5 جي وچ ۾ x قدرن لاءِ سراسري ذري جو قطر 7 کان 14 nm تائين.

مخصوص مٿاڇري واري ايراضي [Brunauer-Emmett-Teller (BET)]، porosity، سراسري pore size، ۽ pore size distribution N2 adsorption/desorption ماپن سان طئي ڪئي وئي (ٽيبل S1 ۽ fig. S6).ساخت جو جزوي خاتمو ۽ adsorbed ILE جي غير مڪمل هٽائڻ شايد انگن اکرن کي غلط بيان ڪري سگھن ٿا.ionic مائع جو احتياط سان اخراج ۽ سُست خشڪ ڪرڻ سپر ڪرٽيڪل CO2 استعمال ڪندي مهيا ڪيو ويو، جڏهن ته، ILE کان سليڪا تائين حجم جي ڀاڱي جي حساب سان متوقع پورسيٽي جي ويجهو معتبر نتيجا (تصوير 1).BET مٿاڇري واري ايراضي 800 ۽ 1000 m2/g جي وچ ۾ آهي.7 ۽ 16 nm جي وچ ۾ isotherm جي سلپ مان حاصل ڪيل وچين سوراخ جي ماپ.ان کان علاوه، SEM مشاهدي جي مطابق، 200 nm تائين وڏي سوراخ جو ننڍڙو حصو ماپ ڪيو ويو (تصوير S6).سوراخ جو قطر ILE حجم جي ڀاڱي ۽ BET مٿاڇري واري علائقي مان حاصل ڪيل ILE پرت جي ٻه ڀيرا برابر ٿلهي سان تمام سٺو ملندو آهي، مطلب ته ميسوپورس مڪمل طور تي ILE سان ڀريل آهن.

ڄاڻايل BET مٿاڇري واري ايراضي صرف ميسوپورس ۽ ميڪروپورس لاء آهي.acetone-rinsed matrix لاء، micropores (~ 0.6 nm) پڻ ماپ ڪيا ويا.مائيڪرو پورز انفرادي سليڪا نانو ذرڙن جي وچ ۾ مليا آهن جيڪي ساخت کي ٺاهيندا آهن جيئن تصوير 1D جي TEM تصوير ۾ ڏيکاريل آهن.وڌ ۾ وڌ اضافي مٿاڇري واري ايراضي 650 (x = 0.5) ۽ 360 m2/g (x = 1.5) جي وچ ۾ آهي (ٽيبل S1).

ٻئي FTIR ۽ رامان اسپيڪٽرا سلانول گروپن لاءِ واضح ثبوت ڏيکاريندا آهن جن ۾ جذب ٿيل برف جي پاڻي جي ماليڪيولن سان اعلي پورسيٽي سليڪا ميٽرڪس تي انتهائي اثرائتو مٿاڇري وارا علائقا 1400 m2/g کان وڌي ويندا آهن جڏهن اڪائونٽ ۾ مائڪروپورس، ميسوپورس ۽ ميڪروپورس.صفر ۽ ٽن واٽر monolayers جي وچ ۾ نانو-SCE ۾ x <1.75 لاءِ اضافي پاڻي مان اندازو لڳايو ويو آهي.پلانر سليڪا لاءِ، جذب ٿيل پاڻيءَ جا پھريون ٽي monolayers حقيقت ۾ غير متحرڪ ۽ سڪل سمجھيا ويندا آھن ڇاڪاڻ ته انھن جي مضبوط ھائڊروجن بانڊ OH-ختم ٿيل مٿاڇري سان ھوندي آھي (32) (ڏسو تصوير. S2).سائلانول هائيڊروجن سان جڙيل O─H اسٽريچ برف جي پاڻي جي پرت سان ڳنڍيل آهي 3540 cm−1 تي FTIR اسپيڪٽرا ۾.سڀ نانو-SCEs ڏيکارين ٿا، حقيقت ۾، برف جي پاڻي لاءِ 3540 cm−1 تي هڪ الڳ چوٽي ويڪيوم خشڪ ٿيڻ کان پوءِ ۽ دستانو دٻي ۾ وڌيڪ سڪي وڃڻ کان پوءِ (تصوير 2).جيتوڻيڪ 0.0005٪ RH (دستانو باڪس) تي متوازن نانو-SCE لاءِ، رامان اسپيڪٽرو اسڪوپي اڃا تائين گهٽ ۾ گهٽ جزوي monolayer (Fig. 4B) جي موجودگي ڏيکاري ٿي.پلانر سليڪا تي چوٿون monolayer مڃيو وڃي ٿو هڪ عبوري پرت، مطلب ته اهو اڃا تائين جذب ۽ محدود آهي پر ڪجهه متحرڪ ٿي سگهي ٿو.پنجين پرت کان، پاڻي موبائيل ۽ مائع جهڙو ٿيندو.مائع جھڙو پاڻي FTIR اسپيڪٽرم ۾ اعلي موج نمبرن تي ڏيکاريندو ڇاڪاڻ ته مائع پاڻي ۾ H-bonding جي گھٽ درجي جي ڪري.نانو-SCE لاءِ 60% RH جي سامهون، 3540-cm−1peak واقعي ڏيکاري ٿو اضافي وابريشنز کي وڌيڪ موج نمبرن ڏانهن منتقل ڪيو ويو ڇاڪاڻ ته اضافي جذب ٿيل مائع پاڻي جي پرت جي ڪري.ان سلسلي ۾ دلچسپ تجربو اهو آهي ته نموني کي 30٪ RH تائين پهچايو ويو آهي، ڇاڪاڻ ته اڃا تائين هن رطوبت تي سليڪا تي مائع پاڻي جي توقع ناهي (تصوير S2).ھن نموني لاءِ، FTIR ۾ برف جي پاڻيءَ لاءِ رڳو 3540 cm-1 چوٽي نظر اچي ٿي.ان کان علاوه، 1635 cm-1 تي 30% RH تي 4 ڏينهن کان پوءِ به مفت پاڻي جي چوٽي نه ملي.هن جو مطلب اهو آهي ته پاڻي نه ورتو وڃي هائڊروڪوپيڪ Li-TFSI پاران هائيڊروفوبڪ BMP-TFSI ۾ ڦهليل هڪ ڀيرو نانو-SCE کي ويڪيوم علاج سان خشڪ ڪيو ويندو آهي.تنهن ڪري، SCE ۾ ڪو به اضافي پاڻي OH ختم ٿيل سليڪا جي مٿاڇري تي جذب ڪيو ويندو.ان ڪري، جيئن پلانر سليڪا لاءِ، SCE سليڪا ميٽرڪس ماحول ۾ پاڻيءَ جي جزوي دٻاءَ سان توازن ۾ آهي.

ھن مفروضي کي وڌيڪ جانچڻ لاءِ، نانو-ايس سي اي (x = 1، 1.5، ۽ 2) جي آئن چالڪيت مختلف % RH تي ماپي وئي.نموني کي 2 ڏينهن لاءِ دستانن جي دٻي ۾ خشڪ ۽ نم ٿيل N2 گيس جي ڪنٽرول ٿيل مرکب جي سامهون رکيو ويو ته جيئن جذب ٿيل پاڻي جي ڪوريج توازن تائين پهچي سگهي (تصوير 3D).پوائنٽن لاءِ ~ 0٪ RH تي، دستانو باڪس ۾ متوازن نانو-SCE لاءِ چالڪيت ورتي وئي.حيرت انگيز طور تي، آئن چالکائي بمقابله RH (٪) پروفائل پلانر سليڪا تي پاڻي جي جذب لاء متوقع رويي جي پيروي ڪئي (fig. S2).0 ۽ 30٪ RH جي وچ ۾، چالکائي وڌندي وڌندي RH سان.جيئن ته جذب ٿيل برفاني پرت جي کثافت ۽ ٿلهي ۾ واڌ جي توقع ڪئي وئي (پلانر سليڪا تي هڪ کان ٽن برفاني تہن سان ملندڙ).نوٽ ڪريو ته FTIR ظاهر ڪيو ته نانو-ايس سي اي ۾ 30٪ RH تي ڪيترن ئي ڏينهن تائين ڪوبه مفت پاڻي موجود نه هو.هڪ منتقلي 50٪ RH جي چوڌاري ڏٺو وڃي ٿو، حالتن سان مطابقت رکي ٿو جتي پلانر سليڪا لاءِ هڪ عبوري جذب ٿيل پاڻي جي پرت جي توقع ڪئي ويندي آهي.آخرڪار، آئن چالکائي ۾ هڪ الڳ قدم وڌايو ويو 60٪ ۽ وڌيڪ نمي جي طرف، جتي، پلانر سليڪا سان مشابهت ۾، هاڻي، سليڪا ۽ سرايت ٿيل ILE جي وچ ۾ انٽرفيس تي هڪ مائع جهڙو پاڻي جي پرت پڻ ٺهيل آهي.FTIR سان، برف جي پرت تي هڪ مائع پاڻي جي پرت کي هاڻي سلانول/برف/پاڻي جي وائبريشنل چوٽي کي اعليٰ توانائي ڏانهن منتقل ڪرڻ سان معلوم ٿئي ٿو (تصوير 2A).چالکائي ۾ مشاهدو ڪيل تبديلي واپس موٽائي سگهجي ٿي.ان ڪري، نانو-ايس سي اي نمي سينسر ۽ لي-آئن اليڪٽرولائٽ طور ڪم ڪري سگھي ٿو.تصوير 3D مان، ويڪيوم اينيل کان فوري پوءِ نانو-ايس سي اي جي آئن چالکائي ~10% RH جي برابري واري هائيڊريٽ سليڪا سان مطابقت رکي ٿي.خشڪ ڪمري جي حالتن ۾ سنترپتي لاءِ آئن چالڪيت (~ 0.5% RH) لڳ ڀڳ 0.6 mS/cm (x = 2 لاءِ) هوندي.اهو تجربو واضح طور تي آئن چالکائي تي بين الاقوامي پاڻي جي اثر کي ظاهر ڪري ٿو.RH > 60% لاءِ، اعليٰ آئن چالاڪيءَ جي وضاحت ڪري سگهجي ٿي حل ٿيل Li+ جي تيزيءَ سان ڦهلائي مائع جھڙي پرت ذريعي.جڏهن ته، هڪ مضبوط برفاني پرت جي صورت ۾، Li+ آئن جو ڦهلاءُ هڪ سولڊ اسٽيٽ قسم جو ڦهلاءُ هوندو ۽ اهڙيءَ طرح خود آئنڪ مائع جي ڀيٽ ۾ سست هوندو.ان جي بدران، واڌارو کي منسوب ڪيو ويو آهي نامياتي انائنز جي وڌايل جذب ۽ لي-نمڪ ۽ آئنڪ مائع ماليڪيولز جي ڪيشن، جيئن هيٺ ڏنل ماڊل ۾ تجويز ڪيل آهي.

اسان ھڪڙو نمونو پيش ڪريون ٿا جتي آئنڪ مائع ماليڪيول سليڪا جي مٿاڇري تي H-برجز ذريعي سلانول گروپن تي غير متحرڪ برفاني پرت سان جذب ڪيا ويندا آھن (تصوير 4).هائيڊولائيزس ڪنڊينسيشن رد عمل جي اندروني نوعيت سڀ کان وڌيڪ سلانول جي کثافت مهيا ڪري ٿي (4 × 1014 کان 8 × 1014 cm−2، جيڪا برف جي هڪ monolayer جي کثافت سان ~ 8 × 1014 واٽر ماليڪيول في cm2 سان چڱيءَ طرح ملي ٿي) (34).TFSI anions جي O ائٽمز ۽ سليڪا جي وچ ۾ ماليڪيولر رابطي لاءِ ثبوت FTIR پاران ڏنو ويو آهي، جيڪو ڏيکاري ٿو O═S═O چوٽي جو ٻيڻو ٿيڻ ILE حوالي جي مقابلي ۾ سڀني نانو-SCE لاءِ (Fig. 4A؛ مڪمل اسپيڪٽرا تصوير ۾ S8).1231 cm−1 کان اٽڪل −5 cm−1 سان اضافي چوٽي جي شفٽ O═S═O گروپن جي تعلق کي گهٽ ۾ گهٽ TFSI anions جي حصي لاءِ اشارو ڪري ٿي.تنهن ڪري، برف جي پاڻي جي پرت تي TFSI anions جو H-bonding فرض ڪيو ويو آهي.تنهن کان پوء، وڏي هائيڊروفوبڪ بي ايم پي ڪيشنون پهرين TFSI پرت سان ملن ٿيون، آئنڪ مائع انوولز جي پهرين جذب ٿيل پرت کي مڪمل ڪندي.جيئن ته برف جي پرت لاءِ، جذب ٿيل BMP-TFSI ماليڪيولز گهڻو ڪري غير متحرڪ سمجهيا وڃن ٿا، اهڙيءَ طرح سليڪا جي مٿاڇري تي مضبوط برف جي پرت کي وڌايو وڃي ٿو.جيئن ته TFSI anion وٽ هڪ سميٽرڪ O═S═O گروپ آهي، هڪ آڪسيجن ايٽم هائيڊروڪسيلٽيڊ سليڪا جي مٿاڇري سان رابطو ڪري سگهي ٿو جڏهن ته ٻيو BMP ڪيشنز لاءِ اسٽيڪنگ پوائنٽس ٺاهي ٿو.TFSI anion ۾ پڻ ٻه O═S═O گروپ آهن، جن کي يقين ڏياريو ويو آهي ته فرم جذب ۽ انين مونوليئر جي گھڻ ترتيب.جذب تمام ڪارائتو آهي برف جي ٿلهي پرت جي صورت ۾ جنهن ۾ OH-گروپ جي تمام گهڻي کثافت امڪاني اسٽيڪنگ پوائنٽن جي طور تي آهي.صرف سيلانول گروپن جي موجودگي ۾، جذبي ايتري مضبوط نه ٿي سگھي ٿي ته مسلسل adsorbate پرت ٺاهي.ان کان سواء، برف جي monolayers جو وڌندڙ تعداد هائڊروجن بانڊ (35) جي طاقت کي وڌائڻ لاء معلوم ٿئي ٿو.نوٽ ڪريو ته BMP ڪيشن ۽ آرڊر ٿيل TFSI monolayer جي وچ ۾ ماليڪيولر تعامل ان آئنڪ مائع ۾ ان کان مختلف هوندا جتي TFSI anion کي گردشي آزادي آهي ۽ هيٺئين سطح کان پولرائزيشن ناهي.وڏي بي ايم پي ڪيشن جو چارج حقيقت ۾ اندروني بانڊن جي پولرائزيشن ۽ ان جي ڪيميائي ماحول سان ماليڪيولر رابطي جي ذريعي ڪيترن ئي ايٽمن تي ورهايو ويو آهي، ۽ خاص طور تي، جذب ٿيل TFSI آئن.TFSI anion جي O-گروپ جي وچ ۾ H-bonding ۽ OH-برف جي پرت جي ختم ٿيڻ جي وچ ۾ هاڻي پهرين جذب ٿيل پرت جي مٿان هڪ ڊپول متعارف ڪرايو آهي، انجمن پاران وڌيڪ ماليڪيولر ترتيب ڏيڻ.اهو مڃيو وڃي ٿو ته هن جاءِ تي، ننڍڙا Li-TFSI ماليڪيول ماليڪيولر پرت تي جذب ٿين ٿا، جنهن جي نتيجي ۾ TFSI anion هاڻي مٿئين پرت ۾ موجود هڪ يا وڌيڪ BMP ڪيشنز جي بقايا مثبت ڊيپولر چارج کي معاوضو ڏئي ٿو، ان ڪري ان جي Li-TFSI سان تعلق کي ختم ڪري ٿو. آئنهن طريقي سان، مفت لي + جي ڪنسنٽريشن هن انٽرفيس تي وڌي وئي آهي، اعلي آئن چالکائي جي ڪري.ان ڪري، ٿلهي ۽ ٿلهي برف جي پرت کي معاوضي ڏيڻ لاءِ وڌيڪ بقايا چارج سان گڏ هڪ وڏو ڊپول متعارف ڪرايو، هڪ متناسب طور تي وڌيڪ مفت Li+ ڪنسنٽريشن ۽ اهڙيءَ طرح آئن چالکائي.

جذب ٿيل ILE پرت جي مٿي تي، يا ته ٻي ILE پرت سليڪا تي برف جي ملٽي ليئرز وانگر جذب ڪري سگهي ٿي يا برف جي پرت جي ڊيپول پل تمام ڪمزور آهي ۽ مٿي تي هڪ هلڪو پابند ILE هوندو آهي، جيڪو پوءِ ان لاءِ مائع جھڙو وهڪري مهيا ڪري سگهي ٿو. Li+ آئنز هيٺئين جذب ٿيل پرت ۾ آزاد ٿين ٿا (Fig. 4C).مفت لي + آئن ڪنسنٽريشن ۾ تبديلي ٻنهي NMR ۽ رامان اسپيڪٽروسکوپي ماپن جي تصديق ڪئي وئي.رامان جي ماپون اڻ سڌي طرح ڏيکارين ٿيون ته آزاد Li+ آئن جو هڪ وڏو حصو حقيقت ۾ نانو-SCE ۾ موجود آهن وڌيڪ برفاني پاڻي جي تہه سان سليڪا سان جڙيل آهن (تصوير 5).رامان TFSI سان ڪيشن جي وابستگي کي ماپ ڪري ٿو TFSI anion (36) جي N-گروپ جي وائبريشن جي جاچ ڪندي.خالص BMP-TFSI ionic مائع ۾، 741 cm−1 تي صرف هڪ چوٽي ڏٺو وڃي ٿو.خالص ILE جي صورت ۾، هڪ اضافي چوٽي 746 cm−1 تي نظر اچي ٿي جتي ٻه TFSI انيون هڪ واحد Li+ ion سان هم آهنگ ٿين ٿيون [ڏسو density functional theory (DFT) حسابن ۾ مواد ۽ طريقن ۾].سڀني نانو-SCEs لاءِ، 746 cm−1 تي چوٽي جي شدت ILE لاءِ ان کان وڌيڪ ڪمزور آھي، جنھن سان لاڳاپيل Li-TFSI جو ھڪڙو ننڍڙو حصو ۽ ان جي نتيجي ۾، غير لاڳاپيل يا آزاد Li+ ڪيشنز جو وڏو حصو آھي.چوٽي انهن نانو-SCE لاءِ انتهائي گهٽجي ٿي جيڪا اعليٰ چالڪيت جي واڌ کي ظاهر ڪري ٿي، يعني اهي جن وٽ برف جي ٿلهي پرت آهي.نانو-SCE لاءِ دستانن جي دٻي ۾ توازن تي، اڃا تائين، مفت Li+ جو هڪ حصو ماپيو ويندو آهي جيتوڻيڪ ويڪيوم-اينيل ٿيل نمونن جي ڀيٽ ۾ تمام ننڍو آهي.746 مٿان 741 cm−1 Raman شفٽ لاءِ چوٽي جي شدت جو تناسب پوءِ TFSI سان لاڳاپيل Li-ions (Fig. 5B) جي آزاديءَ جي تناسب جو اندازو آهي.مفت Li+ آئن فريڪشن ۾ لڪير ۾ واڌ x قدر سان چڱيءَ طرح تصوير 3B ۾ x قدر سان چالکائي وڌائڻ جي رجحان جي پيروي ڪري ٿي، ٻئي ويڪيوم خشڪ نانو-SCE لاءِ (ڏينهن 0) ۽ ايس سي اي برابريءَ تي دستانو باڪس خشڪي سان (ڏينهن) 138).

(الف) هڪ آئنڪ مائع جو رامان اسپيڪٽرا (IL؛ ڊاٽ ٿيل نيري لڪير) ۽ ILE حوالو (ILE؛ ڊيش-ڊاٽ ٿيل لائن) جيئن تيار ڪيل نانو-SCE (ويڪيوم خشڪ) جي x قدرن سان 0.5 (سائي)، 1.5 (پيلو) ، ۽ 2 (ناسي) ۽ نانو-SCE (x = 1.5) اضافي طور تي دستانو باڪس ۾ 30 ڏينهن تائين خشڪ ڪيو ويو يا 0.0005٪ RH (ڳاڙهو) تي سنترپت جي ويجهو.عمودي لڪيرون TFSI لاءِ رامان شفٽ کي ليبل ڪن ٿيون ان جي N مرڪز سان هموار ٿيل Li+ (746 cm−1) سان ۽ ترتيب ڏنل نه Li+ (741 cm−1) سان.(ب) نانو-ايس سي اي جي هموار ٿيل Li+ جي آزاديءَ جو تناسب جيئن ٺهيل (خالي خشڪ، ڪارا حلقا) ۽ اضافي طور تي دستانو باڪس ۾ 0.0005٪ RH سان 30 ڏينهن تائين خشڪ ڪيو ويو (نيرو هيرا)، انٽيگريٽيڊ شدت جي تناسب سان ملندڙ جلندڙ رامن چوٽيون (746 سينٽي-1 کان مٿي 741 سينٽي-1).(سي) PFG-NMR- نڪتل Li+ نانو-SCE (لال هيرا) ۽ ILE ريف جو خود ڊفيوشن ڪوفيسينٽ.(ڪارو چوڪن) گريجوئيٽ مقناطيسي ميدان جي دال جي وچ ۾ وقفي جي ڪم جي طور تي.رامان اسپيڪٽرا تي نظرياتي چوٽيون ڊي ايف ٽي جي حساب سان استعمال ڪندي ٺاهيا ويا.

pulsed-field gradient NMR (PFG-NMR) کان، مختلف موبائيل Li-ion نسلن جي خود-diffusion coefficient جو تعين ڪيو ويو گريڊيئيٽ مقناطيسي فيلڊ دال جي وچ ۾ وقفي جي ڪم جي طور تي ∆ ILE مائع ريفرنس لاءِ ۽ نانو- SCE (x = 1.5) 0.6 mS/cm جي ساڳي آئن چالکائي سان (Fig. 5C).ILE ريفرنس ۾ Li+ self-diffusion coefficient مسلسل هو، جنهن مان ظاهر ٿئي ٿو ته صرف هڪ يا گھڻا Li اسپيسيون آهن جن ۾ تمام گهڻيون متحرڪ آهن مائع ۾ موجود آهن.نانو-ايس سي اي لاءِ، سيلف ڊفيوشن ڪوفيشائيٽ ∆ سان مختلف هو ۽ ILE کان گهٽ ∆ تي وڌي ويو، تيز رفتار حرڪت ڪندڙ نسلن جي موجودگي کي ظاهر ڪري ٿو جيڪي صرف مقناطيسي فيلڊ دال جي وچ ۾ مختصر وقفن تي جواب ڏين ٿا.خود بخود ڊفيوشن ڪوفيشينٽ ۾ گريجوئيٽ ڏيکاري ٿو ته آزاد لي-آئن ڪنسنٽريشن ۾ واڌ جي اڳيان، جيئن رامان اسپيڪٽرو اسڪوپي مان اندازو لڳايو ويو آهي، ميسوفيس انٽرفيس پرت ۾ ڊفيوژن لاءِ چالو ڪرڻ واري توانائي پڻ گهٽجي ويندي آهي.هي ميسوفيس پرت ۾ (وڌيڪ) مفت لي + آئنز پاران متعارف ڪرايل چالکائي وڌائڻ جي حمايت ڪري ٿو.گهڻي وقت تي ∆، خود تفاوت جي گنجائش ILE حوالي جي ڀيٽ ۾ گهٽ هئي.هي دستانو باڪس لاءِ تمام گهٽ آئن چالکائي جي تصديق ڪري ٿو - ILE جي مقابلي ۾ سنتر ٿيل نانو-SCE.ميسوپورس جي بنيادي حصي ۾ محدود ILE ۾ ماليڪيولر حرڪت جي پابندي جي ڪري وڌيڪ ويسڪوسيٽي هوندي.انهيءَ ڪري، سليڪا/آئس/ILE انٽرفيس تي تمام تيز ڊفيوزنگ لي آئنز جي تخليق ذريعي واڌارو کي پور جي بنيادي حصي ۾ چالکائي جي گھٽتائي کي پورو ڪرڻو پوندو.اهو وضاحت ڪري ٿو ته ذخيري تي ٻڌل سسٽم ۾ واڌارو جي غير موجودگي جتي انٽرفيس ڪافي آئن ڪنڪشن پروموشن مهيا نه ڪندا آهن (تصوير S1).

ليتيم ڌاتو جي خلاف نانو-ايس سي اي جي اليڪٽرڪ ڪيميڪل استحڪام کي ٽي اليڪٽرروڊ سيٽ اپ استعمال ڪندي آزمايو ويو (سيٽ اپ جي اسڪيمي شڪل ۾ ڏيکاريل آهي. S7).Li/SCE (x = 1.5) ۽ Li/ILE اڌ سيل جي موجوده-ممڪن خصوصيت تصوير 6A ۾ ڏيکاريل آهي.جيئن ته تصوير 2 ۾ اليڪٽررو ڪيميڪل ونڊو لاءِ، اليڪٽرڪ ڪيمسٽري ILE فلر طرفان محدود آهي.Reversible lithium plating ۽ stripping مشاهدو ڪيو ويو آهي.هڪ مستحڪم سولڊ اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس (SEI) پرت دھاتي ليٿيم تي ٺهيل آهي هڪ RSEI اٽڪل 0.9 kilo-ohm·cm2، ٻنهي ڪيٿوڊڪ ۽ انوڊڪ پاسن تي iU وکر ۾ وڏي IR ڊراپ لاءِ ذميوار آهي.خالص ILE حلن ۾ ڪيٿوڊڪ ڪرنٽ −2.5 mA/cm2 تائين ڪا به hysteresis نه ڏيکاري.جڏهن ته، anodic تحليل صرف 0.06 mA/cm2 جي هڪ مستحڪم رياست anodic موجوده سان هڪ passivation چوٽي ڏيکاري.ڪيٿوڊڪ ڪرنٽ برانچ سولڊ-سولڊ Li/SCE انٽرفيس تي −0.5 mA/cm2 کان گھٽ ڪيٿوڊڪ واءُ لاءِ ڪو به هسٽريسس نه ڏيکاريو.SEI جي مزاحمت هئي، جڏهن ته، اٽڪل ٻه ڀيرا.اهڙي طرح، anodic چوٽي گهٽ هئي ۽ anodic passivation چوٽي کان پوءِ مستحڪم رياستي موجوده 0.03 mA/cm2 هئي، خالص ILE حل جو اڌ حصو.SCE جي پورز ۾ SEI ۽ passivation تہن جو ٺهڻ ليتيم ڌاتو تي موجوده کي محدود ڪري ٿو.Li/ILE ۽ Li/SCE اليڪٽرروڊس لاءِ ٻئي وولٽمگرام ڪيترن ئي چڪرن تي ٻيهر پيدا ڪرڻ وارا هئا، انهي مان ظاهر ٿئي ٿو ته anodic passivation پرت ۽ ڪيميائي SEI پرت واپس ۽ مستحڪم آهن.لي / ايس سي اي انٽرفيس تي سست تحليل ڪينيٽيڪس هيٺ ڏنل لي ميٽيل انوڊس سان ٺهيل اڌ سيلز جي ڪارڪردگي کي سختي سان محدود ڪري ٿو.

(الف) نانو-ايس سي اي (x = 1.5، جيئن ويڪيوم خشڪ ٿيڻ کان پوءِ ٺهڪندڙ ٺهيل) (ڳاڙهو) ۽ ILE ريفرنس (ڪارو) ٽي اليڪٽروڊ جي ترتيب ۾ ماپيل سائڪڪ وولٽاموگرام لي سان ڪم ڪندڙ، ڪاؤنٽر، ۽ ريفرنس اليڪٽروڊس (SEI مزاحمت جو اندازو ڪيٿوڊڪ ڪرنٽ تي IR ڊراپ آهي 0.9 ۽ 1.8 ڪلو-ohm·cm2 ILE ۽ SCE لاءِ، ترتيب سان).(ب) گيلوانڪ چارج/ڊسچارج وکر Li/SCE (x = 1)/100-nm پتلي-فلم LiMn2O4 سيل پنجن چڪرن لاءِ 1C، 5C، ۽ 20C جي C-ريٽن تي.(سي) لي / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 ۽ Li / SCE / 30-μm LiFePO4 پاؤڊر اليڪٽرروڊ سيلز جي سائيڪل وولٽمگرامس (1 mV / s).(D) 1C، 0.1C، 0.2C، ۽ 0.02C تي Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 پاؤڊر اليڪٽرروڊ جا گليوانڪ چارج/ڊسچارج وکر.(اي) 1C، 0.5C، 0.2C، 0.1C، 0.05C، ۽ 0.01C تي Li/SCE/30-μm LiFePO4 پاؤڊر اليڪٽرروڊ جي گليوانڪ چارج/ڊسچارج وکر.(F) ظرفيت (ڀريل هيرن لاءِ ڊيلائيٽيشن ۽ کليل اسڪوائر لائيٽيشن لاءِ) بمقابله سائيڪل نمبر Li/SCE/30-μm LiFePO4 پائوڊر اليڪٽرروڊ؛سيلز ۾ SCE جي ٿولهه اٽڪل 280 μm آهي.LFP ۽ LTO ڪيٿوڊ جي کثافت اٽڪل 1.9 ۽ 11.0 mg/cm2 آهي.(G) 0.1، 0.2، 0.5، ۽ 0.1 mA/cm2 جي موجوده کثافت تي هلندڙ Li/SCE/Li اسٽيڪ جي ممڪن بمقابله وقت جا وکر.(H) 1st, 10th, 125th, and last polarization of Li/SCE/Li اسٽيڪ 0.1 mA/cm2 تي زور ڏنو، (G) ۾ ڏيکاريل آهي.(G) ۽ (H) لاءِ، SCE جي چالکائي 0. 34 mS/cm آهي، ۽ SCE پيلٽ جي ٿولهه 0.152 سينٽي ميٽر آهي.

هڪ 100-nm LiMn2O4 (LMO) پتلي-فلم نانو-ايس سي اي ۽ اليڪٽرروڊ مواد جي استحڪام کي جانچڻ لاءِ ماڊل مثبت اليڪٽرروڊ طور استعمال ڪيو ويو جڏهن ته ذيلي جامع اليڪٽروڊس (37) ۾ امڪاني انٽرفيس مسئلن کي ختم ڪندي.پتلي-فلم اليڪٽرروڊ / ايس سي اي اسٽيڪ جي سائيڪلنگ ڪارڪردگي اليڪٽرروڊ ۽ اليڪٽرولائيٽ جي وچ ۾ انٽرفيس جي استحڪام کي ظاهر ڪري ٿي.هن ماڊل پتلي فلم جي سيٽ اپ ۾، صرف هڪ واحد، چڱي طرح بيان ڪيل، ۽ پلانر انٽرفيس جو رابطو اليڪٽرولائيٽ ۽ اليڪٽرروڊ جي وچ ۾ موجود آهي، يعني اهو هڪ مثالي پليٽ فارم آهي جيڪو اليڪٽرولائيٽ/اليڪٽروڊ انٽرفيس جي اليڪٽررو ڪيمسٽري جو مطالعو ڪرڻ لاءِ بغير حجم جي تبديلي جي مسئلن جي. وغيره. پڻ هن تجربي ۾، شرح ڪارڪردگي Li-foil counter اليڪٽرروڊ طرفان محدود نه آهي، جيئن موجوده کثافت (6 μA/cm2 1C لاءِ) ليٿيم اڌ- لاءِ اسٽيڊي اسٽيٽ انوڊڪ ڪرنٽ پليٽ کان هيٺ آهي. سيل (0.03 mA/cm2).ٻيهر پيدا ٿيندڙ ۽ مستحڪم چارج/ڊسچارج وکر 4.3 V تي ڪٽ آف وولٽيج لاءِ حاصل ڪيا ويندا آهن C-ريٽ 1 ۽ 20C جي وچ ۾ 20 سائيڪلن لاءِ (تصوير 6B).LMO LiB لاءِ مائع اليڪٽرولائيٽ ۾ غير مستحڪم آهي.مثال طور، 100-nm LMO فلم چارج تي 50٪ ظرفيت جي گھٽتائي جو مشاهدو ڪيو ويو- 10 سائيڪلن لاء LiClO4 / پروپيلين ڪاربونيٽ اليڪٽرولائيٽ ۾ 1C (37).اسان جا نتيجا ڏيکارين ٿا ته نانو-ايس سي اي ايل ايم او سان وڌيڪ مطابقت رکندڙ آهي هڪ عام مائع اليڪٽرولائٽ کان.

نانو-SCE جي انضمام کي ظاھر ڪرڻ لاء، اسان Li4Ti5O12 (LTO) ۽ LiFePO4 (LFP) پاؤڊر اليڪٽرروڊس سان اڌ سيلز پڻ ٺاھيو.اڳوڻن حل کي ڪوئن سيل ۾ اڇلايو ويو ته جيئن سوراخ ٿيل اليڪٽروڊس کي متاثر ڪيو وڃي ۽ ان کي خشڪ ٿيڻ کان اڳ وڌيڪ جيليشن لاءِ ڇڏيو ويو ۽ ساڳي طرح نانو-SCE پيليٽس لاءِ ويڪيوم-اينيل ڪيو ويو.سيلز ڏيکارين ٿا خصوصيت لٿيائيشن / لاڳاپيل اليڪٽروڊز جي ڊيليٽيشن (تصوير 6C).LTO جي ڀيٽ ۾ LFP لاءِ هيٺيون چوٽي وارو وهڪرو ڪوٽنگ جي ٿلهي ۾ فرق جي ڪري آهي.چارج/ڊسچارج جي ماپن دوران شرح ڪارڪردگي هاڻي محدود هئي Li-foil ڪائونٽر اليڪٽرروڊ پاران دٻايو ويو نانو-SCE پرت تي ٺهيل 30- کان 40-μm-ٿلهي اليڪٽروڊ ڪوٽنگس (تصوير 6، D ۽ E).LTO/nano-SCE/Li سيل پنهنجي وڌ ۾ وڌ گنجائش 160 mA·hour/g تائين پهچي ويو صرف 0.02C جي گهٽ C-ريٽ تي (تصوير 6D).0.1C کان وڏي سي-ريٽس لاءِ 10٪ کان گھٽ سان سي-ريٽ سان پهچ جي گنجائش تيزيءَ سان گھٽجي ٿي.اهڙي طرح، LFP/SCE/Li سيل 0.01C (Fig. 6E) تي تقريبن 140 mA·hour/g جي وڌ ۾ وڌ گنجائش تائين پهچي ويو.شڪل 6F مجموعي طور تي 30 سائيڪلن جي شرح ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو، مستحڪم سيل جي جوڙجڪ جو مظاهرو ڪندي.اهي تجربا نانو-ايس سي اي جي ڪارڪردگي کي ظاهر ڪن ٿا جيئن لي-آئن اليڪٽرولائيٽ ۽ لي-آئن سيلز ۾ انضمام جي فزيبلٽي.

نانو-SCE جي استحڪام يا سائيڪل جي صلاحيت Li/SCE/Li symmetric stack استعمال ڪندي آزمائي وئي.اهو 120 کان وڌيڪ سائيڪلن لاءِ 0.1 mA/cm2 جي موجوده کثافت تي 0.5 ڪلاڪ (Fig. 6G) بغير ڪنهن مسئلي يا ڊينڊريٽ ٺهڻ (Fig. 6H) لاءِ ڪيو ويو.پولرائزيشن وولٹیج وقت سان گڏ ننڍا ٿي ويا، رابطي جي سڌاري کي اشارو ڪري ٿو.ان کان علاوه، سيل کي 0.5 mA/cm2 جي موجوده کثافت تائين زور ڏنو ويو، بغير ڪنهن ليتيم ڊينڊريٽس جي ٺهڻ يا نانو-SCE يا انٽرفيس جي خراب ٿيڻ جي نشانين (تصوير 6G).Metallic lithium معلوم ٿئي ٿو ته ان جي مٿاڇري تي BMP-TFSI-based ILEs (27).اهو ردعمل ليتيم/نانو-SCE انٽرفيس تي به ٿئي ٿو.جيئن تصوير 6A جي تحت بحث ڪيو ويو آهي، SEI شايد سوراخن جي اندر ڪجهه حد تائين وڌي سگهي ٿو، ILE جي ڀيٽ ۾ نانو-SCE لاء اعلي SEI مزاحمت جي وضاحت ڪندي (مٿي ڏسو).SEI پرت لاءِ ثبوت IR اسپيڪٽرا (fig. S9) مان حاصل ڪيو ويو.ڪلاسيڪل LiB ۾ هڪ SEI ڪوٽنگ وانگر، جيڪو وڌيڪ ردعمل کان بچڻ لاء مائع اليڪٽرولائٽ مان گرافائٽ اليڪٽرروڊ کي اسڪرين ڪري ٿو، اسان يقين رکون ٿا ته SEI هتي پڻ برف جي پاڻي جي پرت کي دھاتي ليٿيم انوڊ کان وڌيڪ ردعمل کان بچائيندو آهي.Li/nano-SCE (x = 1.5) جي پولرائيزيشن کان اڳ ۽ بعد ۾ 10 ڪلاڪن تائين رڪاوٽ اسپيڪٽرا بلڪ اليڪٽرولائيٽ مزاحمت ۾ ڪا به تبديلي نه ڏيکاري.ڊگھي سائيڪل هلائڻ جي ڪارڪردگي جي ماپ جي ضرورت پوندي نانو-ايس سي اي جي سست خشڪ ٿيڻ کي خارج ڪرڻ لاءِ ليتيم ڌاتو، پر اهي نتيجا اڳ ۾ ئي ڏيکارين ٿا ته ليتيم ڌاتو تي ٻڌل سولڊ اسٽيٽ بيٽرين ۾ ايس سي اي جي شاندار سائيڪل جي صلاحيت لاءِ.تنهن هوندي به، مصنوعي interphase coatings سمجهي سگهجي ٿو پوريء طرح انٽرفيس impedance کي بهتر ڪرڻ لاء.

اسان ڏيکاريو آهي ته سليڪا انٽرفيس تي آئن جي وهڪري جي واڌاري کي OH-ختم ٿيل سليڪا سطحن تي ڪيميسورب ٿيل پاڻي جي پرت جي تعارف ذريعي حاصل ڪري سگهجي ٿو.TFSI anions ڪيميائي O═S═O گروپ سان هائيڊروجن بانڊنگ ذريعي هن پاڻي جي فنڪشنل پرت تي ڪيميسورب.پاڻي جي مٿاڇري جو پرت متحرڪ آهي ۽ ان ڪري جذب ٿيل TFSI پرت کي به مٿاڇري تي پن ڪري ٿو.وڏيون BMP ڪيشنون TFSI monolayer سان ملن ٿيون، اهڙيءَ طرح مٿاڇري تي TFSI-BMP جي ماليڪيولر آرڊرنگ کي متعارف ڪرايو وڃي ٿو.اسان يقين رکون ٿا ته آبي ماحول ۾ سست جليشن ۽ سست خشڪ ٿيڻ فعلي پاڻي جي پرت ۽ ان جي مٿان نامياتي آئنز جي منظم پرت جي گڏيل ٺهڻ ۾ مدد ڪري ٿي.جيئن ته پهرين TFSI anion پرت پنهنجي ناڪاري چارج جو حصو هائيڊروڪسيليٽيڊ سليڪا سان شيئر ڪري ٿي، ان ڪري مٿي تي BMP ڪيشن پرت هڪ ٻئي TFSI anion سان وابستگي جي ڳولا ڪندي، جنهن سان هڪ کان وڌيڪ BMP پنهنجي غير معاوضي واري چارج کي هڪ TFSI سان شيئر ڪري سگهي ٿي (شايد ٽي کان هڪ جيئن ته ILE ۾ IL کان Li-TFSI جو تناسب).جيئن ته Li-TFSI نم جا ماليڪيول سڀ کان ويجھا طريقا آهن، Li+ آئن الڳ ٿي ويندا ۽ هن انٽرفيس پرت سان گڏ تيز ڦهلائڻ لاءِ آزاد ٿي ويندا.وڌايل وهڪري لاءِ، انهن مفت Li+ نسلن کي گهٽ ۾ گهٽ هڪ اضافي آئنڪ مائع پرت جي ضرورت آهي.انهيءَ سبب لاءِ، نانو-SCE 0.5 جي گھٽ x قدر سان ڪو به واڌارو نه ڏيکاريو، ڇاڪاڻ ته ILE حجم/سليڪا جي مٿاڇري واري ايراضي صرف هڪ بند ٿيل monolayer لاءِ ڪافي آهي.

اهو وڌيڪ ڏيکاريو ويو آهي ته ٿڌو جهڙو سطحي پاڻي يا برف جي پرت برقي ڪيميائي طور تي فعال نه آهي.هن نقطي تي، اسان اهو خارج نه ڪري سگهون ٿا ته برف جو پاڻي اليڪٽرروڊ جي مٿاڇري سان سڌي رابطي ۾ رد عمل نه ڪري رهيو آهي.بهرحال، اسان ڏيکاريو آهي ته سطحي پاڻي جو ٻاهر نڪرڻ سست آهي ۽ اهڙيء طرح معلوم ڪرڻ لاء متحرڪ طور تي ناگزير آهي.اسان کي اهو احساس آهي ته پاڻي جي آلودگي، جيتوڻيڪ اهو ننڍڙو آهي، هميشه هڪ پريشاني هوندي، ۽ صرف ڊگهي زندگي جي چڪر جا امتحان هڪ قطعي جواب ڏئي سگھن ٿا ته ڇا پاڻي ڪافي حد تائين پابند آهي.بهرحال، ٻيون فنڪشنل مٿاڇري جي تہه جيڪي ساڳي يا ان کان به وڏي مٿاڇري جي واڌاري ڏين ٿيون هاڻي ترقي ڪري سگھجن ٿيون.ان سلسلي ۾، لي جي گروپ اڳ ۾ ئي هڪ فنڪشنل گروپ (18) جي طور تي هڪ گليسائيڊلوڪسائپروپيل پرت جي صلاحيت ڏيکاري آهي.برف جو پاڻي اصل ۾ سليڪا جو آهي ۽ ان ڪري مثالي طور تي مناسب آهي ته سطحي ڪارڪردگيءَ جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ آئن ڪنڪشن جي واڌاري تي منظم طريقي سان، جيئن هتي ڪاميابيءَ سان ڏيکاريو ويو آهي.ان کان علاوه، ميسوفيس پرت ۽ ان جو ڊپول آڪسائيڊ ۽ جذب ٿيل نامياتي ماليڪيولن تي منحصر هوندو ۽ اهڙيء طرح ٻنهي کي ترتيب ڏئي سگهجي ٿو.ليبارٽري ۾، اسان اڳ ۾ ئي مختلف ionic liquids لاء ion conduction واڌاري ۾ وڏا فرق ڏيکاريا آهن.ان کان علاوه، ڏيکاريل اصول عام طور تي آئن جي وهڪري جي طرف آهي ۽ اهڙيء طرح مختلف آئن سسٽم لاء پڻ لاڳو ڪري سگهجي ٿو، مثال طور، سوڊيم، ميگنيشيم، ڪلسيم، يا ايلومينيم آئن بيٽرين لاء.نتيجي ۾، نانو ڪمپوزائٽ اليڪٽرولائيٽ انٽرفيس ڪنڊڪشن سان گڏ هتي ڏيکاريل آهي هڪ واحد مادي جي بجاءِ هڪ تصور آهي، جنهن کي اڳتي (نانو) انجڻ ڪري سگهجي ٿو گهربل ملڪيتن جي آئن ڪنڪشن، ٽرانسپورٽ نمبر، اليڪٽرڪ ڪيميڪل ونڊو، حفاظت، ۽ مستقبل جي بيٽري سيل جي نسلن لاءِ قيمت. .

نانو-ايس سي اي هڪ سول-جيل طريقو استعمال ڪندي تيار ڪيو ويو.Lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide Li-TFSI؛سگما-الڊرچ؛99.95%)، 0.5 ml deionized H2O، 0.5 ml TEOS (Sigma-Aldrich؛ 99.0%)، 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMP-TFSI؛ سگما-Aldrich؛ 91٪)، ۽. PGME جو ml هڪ شيشي جي شيشي ۾ ملايو ويو.ملاوٽ ۾ مولر تناسب، x، [BMP][TFSI] ۽ TEOS جي وچ ۾ 0.25 ۽ 2 جي وچ ۾ مختلف هو. Li[TFSI] ۽ [BMP][TFSI] جو دالر تناسب 0.33:1 تي طئي ڪيو ويو.Li[TFSI] ۽ [BMP][TFSI] جو مقدار انهن نسبتن مان طئي ڪيو ويو.مثال طور، جڏهن x = 1، شامل ڪيو ويو [BMP][TFSI] ۽ Li[TFSI] حل ۾ 0.97 ۽ 0.22 g، ترتيب سان.مرکب کي 1 منٽ لاء ڇڪايو ويو مونوفاسڪ حل ٺاهڻ لاء.انهن حلن کي پوءِ بند ٿيل شيشين ۾ محفوظ ڪيو ويو ته جيئن گرمي پد ۽ نمي تي ڪنٽرول ٿيل چيمبر (SH-641, ESPEC Corp.) ۾ جيل ٺاهڻ لاءِ ھلڻ کان سواءِ درجه حرارت ۽ RH٪ ترتيب سان 25 ° C ۽ 50٪ تي سيٽ ڪيو ويو.x تي دارومدار، مرکب کي سراسري طور 5 کان 9 ڏينهن لڳن ٿا، هڪ صاف جيل ٺاهڻ ۾.جيليشن ڪرڻ کان پوءِ، 2.4- کان 7.4-ml جيل واري شيشي کي پهرين 40 ° C تي چار ڏينهن لاءِ ٿورڙي گھٽ دٻاءَ (80 kPa) تي خشڪ ڪيو ويو ۽ پوءِ 25 ° C تي 72 ڪلاڪن لاءِ ويڪيوم اوون ۾ منتقل ڪيو ويو.جيئن ته باقي نمي کي هٽايو ويو، خال 50 Pa جي لڳ ڀڳ شروعاتي دٻاء کان 1 ڏينهن کان پوء 5 Pa جي آخري مسلسل دٻاء تائين گهٽجي ويو.ڇاڪاڻ ته پاڻي جي وڏي مقدار ۽ PGME جنهن کي هٽايو وڃي ها، نتيجي ۾ SCE پيليٽس 20٪ (x = 0.5) کان ~ 50٪ (x = 2) تائين اصل جيل حجم جي گھٽجي ويو.نتيجو جيل جو وزن هڪ سيميڪرو بيلنس (SM 1245Di-C، VWR) سان ماپيو ويو.

TGA هڪ Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) تي نائٽروجن هيٺ ڪيو ويو.ماپ دوران، نمونن کي 700 ° C تائين گرميء جي شرح تي 2 ° C / منٽ تي گرم ڪيو ويو.FTIR اسپيڪٽروميٽري برڪر ورٽيڪس 70 استعمال ڪندي ڪيو ويو موج نمبر ۾ 4000 کان 400 سينٽي-1 تائين ٽرانسميشن موڊ ۾.هن pycnometry هڪ Micromeritics AccuPyc II 1340 استعمال ڪندي ڪيو ويو.

ionic چالکائي کي ماپڻ لاء، SCE جو هڪ ننڍڙو حجم ماء جي شيشي مان هڪ آر ڀريل دستانو باڪس اندر ورتو ويو (0.1-ppm H2O ۽ 0.1-ppm O2).SCE جي لڳ ڀڳ 23 μl پوليٽيٽرافلووروٿيلين (PTFE) رنگ ۾ 4.34-mm اندروني قطر ۽ 1.57-mm جي اوچائي سان ڀريل هئي، هڪ گولي ٺاهيندي.رنگ ۾ پيلٽ وري ٻن اسٽينلیس اسٽيل (SS) ڊسڪ جي وچ ۾ سينڊوچ ڪيو ويو (0.2 ملي ميٽر ٿلهي؛ MTI).رڪاوٽ جي ماپ PGSTAT302 (Metrohm) استعمال ڪندي ڪئي وئي، 5 mV جي AC طول و عرض سان فريڪوئنسي رينج ۾ 1 MHz کان 1 Hz تائين.آئن چالکائي (σi) Nyquist پلاٽن ۾ حقيقي محور سان اعلي تعدد مداخلت کان طئي ڪيو ويو.چالکائي جي ماپ کان پوء، نانو-SCE پيلٽ کي دستانو باڪس ۾ وڌيڪ سڪي وڃڻ جي اجازت ڏني وئي.درجه حرارت جي انحصار جي ماپ لاء، SS/SCE/SS اسٽيڪ کي سيل ۾ سيل ڪيو ويو.سيل ڪرڻ کان پوء، چالکائي ڪيترن ئي ڏينهن تائين مسلسل رهي (ڏسو تصوير. S3).ڪوئن سيل جي درجه حرارت کي حرارتي جيڪٽ سان ڪنٽرول ڪيو ويندو آهي حرارتي غسل سان H2O/ethylene glycol کي ڪم ڪندڙ وچولي طور استعمال ڪندي.سيلن کي پهريان اٽڪل −15 °C تي ٿڌو ڪيو ويو ۽ پوءِ قدمن سان 60 °C تي گرم ڪيو ويو.

هر نانو-SCE پيلٽ مان، تقريبن 23 μl هڪ انگ ۾ آندو ويو (4.34-mm اندروني قطر ۽ 1.57-mm اوچائي) بجليءَ جي ماپن لاءِ سڌو سنئون N2-ڀريل دستانو باڪس اندر ڪنٽرول ٿيل نمي سان.SCE سان رنگ وري ٻن ايس ايس ڊسڪ جي وچ ۾ سينڊوچ ڪيو ويو (0.2 ملي ميٽر ٿلهي؛ MTI).رڪاوٽ جي ماپ PGSTAT302 (Metrohm) استعمال ڪندي 5 mV جي AC طول و عرض سان ڪئي وئي ۽ نووا سافٽ ويئر ذريعي ڪنٽرول ٿيل 1 MHz کان 1 Hz تائين.نمونا هر RH٪ قيمت تي 48 ڪلاڪن تائين رکيا ويا ان کان اڳ جو چالکائي جي نگراني ڪئي وئي جيستائين استحڪام تائين.ڏنل RH٪ قدر (σi) لاءِ مستحڪم آئنڪ چالکائي جو اندازو Nyquist پلاٽن ۾ حقيقي محور سان اعلي تعدد مداخلت کان ڪيو ويو.

سڀ اليڪٽرڪ ڪيميڪل ماپون ۽ لاڳاپيل نموني تيار ڪيا ويا آرگن ڀريل دستانو باڪس ۾ (PureLab، PL-HE-4GB-1800؛ <1-ppm O2 ۽ H2O سطحون) اليڪٽررو ڪيميڪل خاصيتن لاءِ وقف ٿيل.

Li[BMP][TFSI] ILE سان گڏ ۽ بغير پيلٽ جي مورفولوجي کي SEM سان 1.5 کان 2.0 kV تي Thermo Fisher Scientific Apreo ٽول استعمال ڪندي چيڪ ڪيو ويو هو، جتي هڪ ڊبل ڊيٽيڪٽر اميجنگ موڊ ۾ ڪم ڪري رهيو آهي. لائيو-تصوير جي ترتيب، ۽ T2 ڊيڪٽر ڏيکاريل SEM تصويرن کي رڪارڊ ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويو؛نموني ڪاربان conductive ٽيپ تي مقرر ڪيو ويو.TEM 300 kV تي هلندڙ ٽيڪنائي استعمال ڪندي ڪيو ويو.

ILE ٻن مختلف طريقن سان SCE پيلٽ مان هٽايو ويو.پورس سليڪا حاصل ڪرڻ جو هڪ آپشن لي[BMP][TFSI] ILE کي ڪڍڻ لاءِ SCE کي 12 ڪلاڪن لاءِ ايسٽون ۾ ڊبو ڪري ڪيو ويو.هن rinse ٽي ڀيرا بار بار ڪيو ويو.ٻيو اختيار SCE کي ايٿانول ۾ ڇڪڻ سان هو.انهي حالت ۾، ايٿانول کي هٽايو ويو هڪ مائع CO2 نازڪ پوائنٽ ڊائريڪٽر استعمال ڪندي.

سپر ڪرٽيڪل خشڪ ڪرڻ لاءِ ٻه مختلف اوزار استعمال ڪيا ويا، يعني آٽوميگاسمڊري-916B، ٽوسيمس (طريقو 1) ۽ هڪ حسب ضرورت اوزار JASCO ڪارپوريشن (طريقو 2).جڏهن پهريون اوزار استعمال ڪيو ويو، سڪي وڃڻ جو سلسلو شروع ٿيو، گرمي پد ۾ گهٽتائي سان 8 ° C تائين.تنهن کان پوء، CO2 کي چيمبر ذريعي صاف ڪيو ويو، دٻاء وڌائي 5.5 ايم پي اي تائين.هيٺين قدم ۾، CO2 کي 41 ° C تي گرم ڪيو ويو، دٻاء وڌائي 10 MPa تائين، ۽ 5 منٽ لاء جيئن رکيو ويو.نتيجو ڪرڻ لاء، خونريزي واري مرحلي ۾، دٻاء 10 منٽ جي عرصي دوران گھٽجي ويو.جڏهن ڪسٽم تعمير ٿيل اوزار استعمال ڪندي، ساڳئي ترتيب جي پٺيان هئي.تنهن هوندي، وقت ۽ دٻاء خاص طور تي مختلف هئا.صاف ڪرڻ واري قدم کان پوء، 70 ° C جي درجه حرارت تي 12 MPa تائين دٻاء وڌايو ويو ۽ 5 کان 6 ڪلاڪن تائين ائين ئي رهيو.تنهن کان پوء، دٻاء گھٽجي ويو 12 کان 7 MPa، 7 کان 3 MPa، ۽ 3 کان 0 MPa وقت جي حوالي سان 10، 60، ۽ 10 منٽ، ترتيب سان.

نائٽروجن فزيسورپشن آئسٿرمس کي ماپ ڪيو ويو T = 77 K تي Micromeritics 3Flex مٿاڇري جي خاصيت جي تجزيي کي استعمال ڪندي.حاصل ڪيل سڪل سليڪا کي پوءِ 8 ڪلاڪن لاءِ 100 ڊگري سينٽي گريڊ تي 0.1-mbar ويڪيوم هيٺ ڪڍيو ويو.سپر ڪرٽيڪل خشڪ ڪرڻ مان نڪتل سوراخ واري سليڪا کي 18 ڪلاڪن لاءِ 120 ° C تي 0.1-mbar ويڪيوم هيٺ ٻاهر ڪڍيو ويو.ان کان پوء، نائٽروجن فزيسورپشن آئوٽرمز کي ماپ ڪيو ويو T = 77 K تي Micromeritics TriStar 3000 خودڪار گيس جذب تجزيي استعمال ڪندي.

PFG-NMR ماپون JEOL JNM-ECX400 استعمال ڪندي ڪيا ويا.محرڪ گونج نبض جي ترتيب کي ڦهلائڻ جي ماپ لاء استعمال ڪيو ويو.نارمل ٿيل گونج سگنل جي گھٽتائي، E، مساوات ۾ بيان ڪيو ويو آهي (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1)جتي g گريجوئيٽ پلس جي طاقت آهي، δ گريجوئيٽ جي مدت آهي نبض، ∆ گريڊيئيٽ پلس جي اڳئين ڪنارن جي وچ ۾ وقفو آهي، γ مقناطيسي تناسب آهي، ۽ D ماليڪيولن جي خود-تفصيل کوٽائي آهي.سيلف ڊفيوشن ڪوئفينٽس جو اندازو لڳايو ويو گونج سگنلن کي ترتيب ڏيڻ سان جيڪي ∆ Eq سان تبديل ڪرڻ سان حاصل ڪيا ويا.1. 7Li ليتيم آئن جي diffusion coefficient کي طئي ڪرڻ لاءِ چونڊيو ويو.سڀ ماپون 30 ° C تي ڪيا ويا.

رامان اسپيڪٽرو اسڪوپي سيٽ اپ هڪ گهريلو نظام هو جيڪو هڪ آرگن آئن استعمال ڪندي هڪ 458-nm ليزر ايڪسائيٽيشن لائيٽ سان ڳنڍڻ جي قابل هو جنهن کي هڪ اولمپس IX71 مائڪرو اسڪوپ ۾ جوڙيو ويو هو، ۽ پوئتي پکڙيل روشني ٽري ويسٽا ٽرپل اسپيڪٽروميٽر سيٽ اپ (پرنسٽن انسٽرمينٽس) ذريعي گذري وئي )، جنهن کي آپٽيڪل سگنلن کي منتشر ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو هو، جيڪي مائع نائٽروجن-ڪولڊ چارج-ڪپلڊ ڊيوائس ڪئميرا استعمال ڪندي معلوم ڪيا ويا آهن.انهن موج جي ڊيگهه تي اعلي نظرياتي جذب جي ڪري، نسبتا گهٽ ليزر طاقتون استعمال ڪيون ويون آهن ليزر گرمائش (<100 W·cm−2) کان بچڻ لاءِ.

DFT گرائونڊ اسٽيٽ جاميٽري جي اصلاح ۽ تجزياتي تعدد جي حسابن ۾ استعمال ڪيو ويو مشهور B3LYP هائبرڊ فنڪشنل ۽ 6-311++ G** بنياد سيٽ، Grimme جي ائٽم-پيئر وار ڊسپيسرشن اصلاح (39) سان بيڪي جانسن ڊمپنگ اسڪيم (D3BJ) سان. ORCA 3.0.3 (40) ۾ لاڳو ڪيو ويو آهي.رامان اسپيڪٽرا کي ORCA استعمال ڪندي تخليق ڪيو ويو، ۽ ماليڪيولر پراپرٽيز جو تصور حاصل ڪيو ويو Avogadro سافٽ ويئر پيڪيج استعمال ڪندي (41) ORCA-سپورٽ اپڊيٽ سان.

سڀ اليڪٽرڪ ڪيميڪل ماپون ۽ لاڳاپيل نموني تيار ڪيا ويا آرگن ڀريل دستانو باڪس ۾ (PureLab، PL-HE-4GB-1800؛ <1-ppm O2 ۽ H2O سطحون) اليڪٽررو ڪيميڪل خاصيتن لاءِ وقف ٿيل.SCE پيلٽ هڪ لي ربن تي رکيل هئي (Sigma-Aldrich؛ 99.9%) هڪ ٽامي جي پليٽ تي سپورٽ ڪئي وئي جيئن ڪائونٽر اليڪٽرروڊ ۽ ٻه پنچ آئوٽ لي ڊسڪ (5-mm قطر) SCE پيلٽ جي مٿي تي رکيا ويا ريفرنس ۽ ڪم ڪرڻ لاءِ. اليڪٽروڊس.ترتيب تصوير ۾ ڏيکاريل آهي.S7.سون جي پنن کي ليتيم ريفرنس ۽ ڪم ڪندڙ الیکٹروڊز سان رابطو ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو.نووا سافٽ ويئر ذريعي ڪنٽرول ٿيل PGSTAT302 (Metrohm) استعمال ڪندي سائيڪل وولٽميٽري ۽ رڪاوٽ جي ماپ ڪئي وئي.سائيڪل وولٽميٽري 20 mV/s جي اسڪين جي شرح سان ڪئي وئي.رڪاوٽ جي ماپ 5 mV جي AC طول و عرض سان ڪئي وئي ۽ 1 MHz کان 0.1 Hz تائين جي تعدد.

A 40-nm anatase TiO2 پتلي-فلم اليڪٽرروڊ ايٽمي پرت جمع (ALD) ذريعي 300-mm سلکان ويفر تي 40-nm TiN انڊرليئر سان گڏ ALD پاران پڻ جمع ڪيو ويو.اهو اليڪٽرولائٽس ذريعي لي-آئن چالکائي جي مظاهري لاءِ هڪ بهترين ٽيسٽ اليڪٽرروڊ آهي، جيئن TiO2 سائيڪلنگ دوران ڪيميائي تباهيءَ جو شڪار ناهي ۽ نه ئي ميڪانياتي دٻاءُ (ڪوبه اهم حجم تبديلي) جو.Li/SCE/TiO2 سيل کي ماپڻ لاءِ، ILE-SCEs 4.3 ملي ميٽر جي قطر ۽ 0.15 سينٽي جي ٿولهه سان PTFE رنگ ۾ ڀريا ويا.ان کان پوء، انگوزي لي ورق ۽ TiO2 فلم جي وچ ۾ سينڊوچ ڪيو ويو.

نانو-SCE / پتلي-فلم اليڪٽرروڊ اڌ اسٽيڪ، LMO اليڪٽرروڊ سان، اليڪٽروڊس تي نانو-SCE فلم کي ٺهڪندڙ ڪندي ٺاهيا ويا.مجموعي طور تي 150 μl جو x = 1.5 حل، 2 ڏينهن جي عمر ۾، اليڪٽرولائٽ فلمن تي نصب ٿيل شيشي جي رنگ (قطر، 1.3 ملي ايم) ۾ اڇلائي وئي.ان کان پوءِ انگوزي کي پيرافيلم سان بند ڪيو ويو، ۽ حل کي 4 ڏينهن تائين جيل ۾ اهڙي مهر بند ڪنٽينر ۾ رکيو ويو.ٺهيل جيل / اليڪٽرروڊ اسٽيڪ جهڙوڪ نانو-SCE / اليڪٽرروڊ اسٽيڪ ٺاهڻ لاءِ خشڪ ڪيو ويو.نانو-SCE جي ٿولهه، هڪ مائڪرو ميٽر استعمال ڪندي طئي ڪيو ويو، 300 μm هو.آخر ۾، هڪ ليتيم ورق (1.75 ملي ميٽر ٿلهي، 99.9٪؛ Sigma-Aldrich) کي دٻايو ويو نانو-SCE/اليڪٽروڊ اسٽيڪ تي انوڊ طور.100-nm LiMn2O4 (LMO) پتلي-فلم اليڪٽرروڊ 80-nm Pt (DC sputtering) / 10-nm TiN (ALD) هيٺان آيلن سان گڏ سلڪون ويفر تي آر فلو هيٺ ريڊيو فريڪوئنسي اسپٽرنگ ذريعي جمع ڪيو ويو.هن اسٽيڪ کي آڪسيجن جي ماحول ۾ 800 ° C تي 20 منٽ لاءِ اينيل ڪيو ويو.

LiFePO4 (LFP) اليڪٽروڊ فلمون بليڊ ڪوٽنگ ذريعي تيار ڪيون ويون.پهرين، ڪاربن بليڪ ۽ LFP (2 کان 3 μm) هڪ آبي محلول ۾ شامل ڪيو ويو جنهن ۾ ڪاربوڪسيميٿيل سيلولوز (سي ايم سي) هڪ مرکب ٺاهيو ويو جيڪو بعد ۾ هڪ گرينٽيري ميڪر استعمال ڪندي هڪجهڙائي ڪئي وئي.ان کان پوء، هوموجنائيز پراڊڪٽ کي ڊيونائيزڊ پاڻي ۽ هڪ فلورين ٿيل ايڪريلڪ ليٽڪس (JSR، TRD202A) سان ويڪيوم ميڪر ۾ ملايو ويو ته اليڪٽرروڊ ڪوٽنگ لاءِ slurry ٺاهي.تيار ڪيل سلوري کي ايلومينيم ورق تي اڇلايو ويو ته جيئن بليڊ ڪوٽر استعمال ڪندي اليڪٽرروڊ فلمون جمع ڪيون وڃن.اهي ايز-ليپ ٿيل ويٽ اليڪٽروڊز کي فوري طور تي 10 منٽ لاءِ 70 ° سي تي بيهي هوا سان گڏ هوا جي تندور ۾ اڳي خشڪ ڪيو ويو ۽ ويڪيوم اوون ۾ 4 ڪلاڪن لاءِ 140 ° سي تي وڌيڪ خشڪ ڪيو ويو.خشڪ اليڪٽروڊ فلمون 91 wt٪ LiFePO4، 3 wt٪ ڪاربن بليڪ، 2 wt٪ CMC، ۽ 4 wt٪ TRD202A تي مشتمل هونديون آهن.فلم جي ٿولهه 30 μm آهي (مائڪرو ميٽر ۽ اسڪيننگ اليڪٽران خوردبيني جي استعمال سان طئي ٿيل).

Li4Ti5O12 (LTO) اليڪٽروڊ فلمون ساڳيءَ طرح تانبا جي ورق تي ٺاهيا ويا.خشڪ اليڪٽروڊس جو ٺهيل آهي 85 wt % Li4Ti5O12 , 5 wt % ڪاربن بليڪ , 5 wt % CMC , ۽ 5 wt % fluorinated acrylic latex (TRD2001A).فلم جي ٿولهه 40 μm آهي.

SCE جو حل ذرات تي ٻڌل LFP ۽ LTO اليڪٽرروڊ فلم تي ڊراپ ڪاسٽ ڪيو ويو.پهريون، 100 μl جو x = 1.5 حل، 2 ڏينهن جي عمر ۾، هڪ اليڪٽرروڊ فلم تي ڊراپ ڪاسٽ ڪيو ويو، 15 ملي ميٽر جي قطر سان، هڪ ڪوئن سيل ۾ رکيل آهي (#2032، MTI).ٻرندڙ SCE کي جيل ڪرڻ کان پوءِ، فلم کي 72 ڪلاڪن لاءِ ويڪيوم اوون (<5 × 10−2 mbar) ۾ 25°C تي خشڪ ڪيو ويو ته جيئن نانو-SCE ۽ اليڪٽرروڊ اسٽيڪ ٺاهيو وڃي.نانو-SCE ٿلهي 380 μm هئي.آخر ۾، هڪ ليتيم ورق کي دٻايو ويو SCE / اليڪٽرروڊ اسٽيڪ تي انوڊ وانگر، ۽ ڪوئن سيل سيل ڪيو ويو.اليڪٽررو ڪيميڪل ماپون ڪمري جي حرارت تي سولارٽون 1470E potentiostat استعمال ڪندي ڪيون ويون.

هن آرٽيڪل لاءِ اضافي مواد موجود آهي http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

ٽيبل S1.نانو-ايس سي اي ۾ سليڪا ميٽرڪس جي تعميراتي ملڪيت ionic liquid جي molar fraction to silica (x value) کي وڌائڻ لاءِ N2 adsorption/desorption يا BET ماپن ۽ TEM مشاهدن مان طئي ٿيل.

هي هڪ کليل رسائي وارو مضمون آهي ورهايو ويو Creative Commons Attribution-Noncommercial لائسنس جي شرطن جي تحت، جيڪو اجازت ڏئي ٿو استعمال، ورڇ، ۽ ورجائي ڪنهن به وچولي ۾، ايتري قدر جو نتيجو استعمال تجارتي فائدي لاءِ نه آهي ۽ مهيا ڪيو ويو اصل ڪم صحيح طرح سان آهي. حوالو ڏنو.

نوٽ: اسان صرف توهان جي اي ميل ايڊريس جي درخواست ڪريون ٿا ته جيئن توهان جنهن شخص کي صفحي جي سفارش ڪري رهيا آهيو اهو ڄاڻي ٿو ته توهان چاهيو ٿا ته اهي ان کي ڏسن، ۽ اهو فضول ميل نه آهي.اسان ڪنهن به اي ميل پتي تي قبضو نه ڪندا آهيون.

هي سوال جاچڻ لاءِ آهي ته ڇا توهان هڪ انساني دورو ڪندڙ آهيو ۽ خودڪار اسپام جمع ڪرائڻ کي روڪڻ لاءِ.

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

پوسٽ جو وقت: جولاءِ 15-2020