ඝන තත්වයේ Li-ion බැටරි වෙත සංක්‍රමණය වීම 1000 W·hour/liter සහ ඉන් ඔබ්බට ශක්ති ඝනත්වය කරා ප්‍රගතියක් ලබාදේ.වාෂ්පශීලී නොවන අයනික ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදක පිරවුම් වලින් පිරුණු මෙසොපොරස් ඔක්සයිඩ් අනුකෘතියක සංයුති ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදක විකල්පයක් ලෙස ගවේෂණය කර ඇත.කෙසේ වෙතත්, නැනෝමීටර ප්‍රමාණයේ සිදුරු තුළ ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් ද්‍රාවණ සරල ලෙස සීමා කිරීම දුස්ස්රාවීතාවය වැඩි වන විට අයන සන්නායකතාවය අඩු කරයි.අයනික ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදක පිරවුමක් සහිත මෙසොපොරස් සිලිකා මොනොලිතයකින් සමන්විත නැනෝකොම්පොසයිට් වල Li-අයන සන්නායකතාවය අන්තර් මුහුණත අයිස් තට්ටුවක් හඳුන්වාදීම හරහා පිරිසිදු අයනික ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදකයට වඩා කිහිප ගුණයකින් වැඩි විය හැකි බව මෙහිදී අපි පෙන්නුම් කරමු.අයනික ද්‍රව අණු වල ප්‍රබල අවශෝෂණ සහ අනුපිළිවෙල අන්තර් මුහුණත අයිස් තට්ටුව සඳහාම ඒවා නිශ්චල සහ ඝණ-සමාන බවට පත් කරයි.adsorbate mesophase ස්තරය මත ඇති ඩයිපෝලය වැඩිදියුණු කරන ලද සන්නයනය සඳහා Li+ අයන ද්‍රාවණය කරයි.විවිධ අයන පද්ධති සඳහා අයන සන්නායක වැඩිදියුණු කිරීමේ විදහා දක්වන ලද මූලධර්මය යෙදිය හැක.

දැනට පවතින කැතෝඩ සහ ඇනෝඩ රසායනයන් මත පනවා ඇති ප්‍රායෝගික සිවිලිම 800 W·hour/liter හෝ 300 W·hour/kg ඉක්මවීමට Li-ion බැටරි සඳහා මීළඟ තල්ලුව සැපයීමට ඝන-තත්ත්ව විද්‍යුත් විච්ඡේදක අපේක්ෂා කෙරේ.ඝණ-ස්ථ බැටරි සඳහා ශක්ති ඝනත්වයේ අපේක්ෂිත වැඩිවීම පැමිණෙන්නේ දායකත්වයන් කිහිපයකින් වන අතර, සියල්ල ඉලක්ක කරන්නේ සෛලයේ ක්‍රියාකාරී ද්‍රව්‍යයේ පරිමාව ප්‍රතිශතය වැඩි කිරීමයි.වඩාත්ම ප්‍රසිද්ධියට පත් වී ඇත්තේ මිනිරන් සහ ග්‍රැෆයිට්/සිලිකන් වෙනුවට ඇනෝඩයක් ලෙස ලිතියම් ලෝහය හඳුන්වා දීමයි.පිරිසිදු ලිතියම් ලෝහයට හැකි ඉහළම ශක්ති ඝනත්වයක් ඇති අතර ඒ අනුව අවම ඉඩ ප්‍රමාණයක් අවශ්‍ය වේ.කෙසේ වෙතත්, ලිතියම් ලෝහයේ ආපසු හැරවිය නොහැකි ප්‍රතික්‍රියාව (සහ ඒ අනුව පරිභෝජනය), ඩෙන්ඩ්‍රයිට් සෑදීම, සිදුරු සහිත ග්‍රැෆයිට් (සිලිකන්) ඉලෙක්ට්‍රෝඩ හා සසඳන විට ප්ලැනර් ලිතියම් තීරු සඳහා ඵලදායි ධාරා ඝණත්වය වැඩි වීම වැනි බොහෝ ගැටලු තවමත් විසඳිය යුතුය. නමුත් අවම වශයෙන්, විසර්ජනය (deplating) තුළ ලිතියම් "අතුරුදහන් වීම" සහ ඝන ඉලෙක්ට්රෝලය සමඟ සම්බන්ධතා නැතිවීම.සෙරමික් ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදකවල යාන්ත්‍රිකව දෘඩ ස්වභාවය ඇත්ත වශයෙන්ම ශුන්‍ය අනුකූලතාවයක් ඇති අතර ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදක සංරචකයට එරෙහිව ලිතියම් තදින් එබීම සඳහා දැඩි පීඩනයක් යෙදිය යුතුය.විවික්ත පීඩන ලක්ෂ්‍ය ඵලදායි පෘෂ්ඨ ප්‍රමාණය තවත් අඩු කරයි, දේශීය ඩෙන්ඩ්‍රයිට් සෑදීමට සහ ස්පොන්ජි තැන්පතු වලට තුඩු දෙයි.පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් වඩාත් යාන්ත්‍රිකව අනුකූල වන නමුත් කාමර උෂ්ණත්වයේ දී ප්‍රමාණවත් තරම් අයනික සන්නායකතාවක් තවමත් ප්‍රදර්ශනය නොකරයි.මේ සම්බන්ධයෙන් ඉතා සිත්ගන්නාසුලු නව ද්‍රව්‍ය වන්නේ සිලිකා ජෙල් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් වන අතර ඒවා “අයනයෝජල්ස්” ලෙසද හැඳින්වේ, එහිදී අයනික ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදකයක් (ILE) නැනෝපෝරස් සිලිකා න්‍යාසයක (1) සීමා වේ.සිලිකා න්‍යාසයේ (70 සිට 90% දක්වා) අතිශයින් ඉහළ සිදුරු සහිත වීම මෙම නැනෝ සංයුක්ත විද්‍යුත් විච්ඡේදක ද්‍රව්‍යවලට ජෙල් වැනි අනුකූලතාවයක් ලබා දෙන අතර එමඟින් ඒවා යාන්ත්‍රිකව බහු අවයවික විද්‍යුත් විච්ඡේදකවලට සමාන වේ.මෙම සිලිකා ජෙල් සමහර විට ද්‍රවයක් අඩංගු බැවින් දෙමුහුන් ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදක ලෙස දක්වනු ලැබේ.කෙසේ වෙතත්, මෙම ලිපියේ විස්තර කර ඇති පරිදි සිලිකා නැනෝකොම්පොසයිට් සඳහා, අයනික “ද්‍රව” ඉලෙක්ට්‍රෝලය, දුස්ස්‍රාවීතාවයේ වැඩිවීමෙන් සහ සිලිකා බිත්තියේ ඇති අවශෝෂණ මගින් නැනෝමීටර ප්‍රමාණයේ නාලිකා දස ගණනකට සීමා වූ විට ඝන-සමාන වේ. නාලිකාව.සිලිකා අනුකෘතිය හුදෙක් සිදුරු සහිත බෙදුම්කරුවෙකු ලෙස ක්‍රියා කරන්නේ නම්, සීමා වූ ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදකයේ දුස්ස්රාවිතතාවය වැඩි වීම අයනික සන්නායකතාවය අඩුවීමට හේතු වේ.ඒ වෙනුවට, ILE අණු සහ සිලිකා සිදුරු බිත්තිය අතර අන්තර්ක්‍රියා නැනෝ සංයුක්තයේ ගුණ එහි තනි සංරචක එකතුවෙන් වෙනස් කරයි.පරමාණුක බල අන්වීක්ෂය (2) සහිත තල පෘෂ්ඨ මත ඝණකම නැනෝමීටර කිහිපයක් දක්වා ඝන මෙසොෆේස් ස්ථර සෑදීම සමඟ ඔක්සයිඩ මත අයනික ද්‍රව අවශෝෂණය කර ඇත.ඔක්සයිඩ් පෘෂ්ඨ මත අයනික ද්‍රව ඇනායන සහ කැටායන වල වරණීය අවශෝෂණය මෙම අතුරුමුහුණත් දිගේ Li+ සන්නායකතාවය වැඩි කිරීමට හේතු විය හැක.ඇත්ත වශයෙන්ම, ඔක්සයිඩ් අතුරුමුහුණත් දිගේ වැඩි දියුණු කිරීම සිදුරුවල හරයට සීමා වී ඇති ILE හරහා අඩු වූ සන්නායකතාවයට වන්දි ගෙවීමට හෝ ඉක්මවා යාමට සිදුවේ.එබැවින්, කුඩා සිදුරු ප්රමාණය සහ ඉහළ මතුපිට සිට පරිමාව දක්වා අනුපාතය අවශ්ය වේ.මෙතෙක්, ILE හි සන්නායකතාවයට ළඟා වන අයන සන්නායකතාවයන් සහිත අයනොජල් මෙසොපොරස් ව්‍යුහය ප්‍රශස්ත කිරීම මගින් පෙන්නුම් කර ඇත (3).මෙයින් අදහස් කරන්නේ අතුරුමුහුණත වැඩිදියුණු කිරීම දැනටමත් පැවති නමුත් තොග සන්නායකතාවය ඉක්මවා යන ප්‍රමාණයට නොවන බවයි.

අයනොජෙල් සකස් කිරීම ආරම්භ වන්නේ සමජාතීය ද්‍රව මිශ්‍රණයකින් වන අතර, ඔක්සයිඩ් අනුකෘතියේ (4, 5) සංශ්ලේෂණය සඳහා සෝල්-ජෙල් පූර්වගාමී ද්‍රාවණයකට ILE එකතු කරනු ලැබේ.මෙම ක්‍රමයේදී, ILE සහ matrix "in situ" ආකාරයෙන් සංයුක්තයක් සාදයි: ද්‍රාවණයේ ඇති පූර්වගාමීන් අයනික ද්‍රව අච්චුව වටා ඔක්සයිඩ් න්‍යාසයක් සෑදීමට ප්‍රතික්‍රියා කරයි, එය ක්‍රියාවලියේදී සංකලනය කරයි.ඇතැම් සංශ්ලේෂණ තත්ව යටතේ, සකස් කරන ලද ILE-SCE (ඝන සංයුක්ත ඉලෙක්ට්‍රෝලය) අඛණ්ඩ මෙසොපොරස් අකාබනික ඔක්සයිඩ් ජාලයක තැන්පත් කර ඇති ILE සමඟ මොනොලිතයක් ආකාරයෙන් විය හැක.ඇලුමිනා (6), ටයිටේනියා (7) සහ ටින් ඔක්සයිඩ් (8) සමඟ උදාහරණ ද සාදා ඇතත්, මේ වන විට බොහෝ දුරට සිලිකා මත පදනම් වූ ILE-SCE සකස් කර ඇත.බොහෝ වාර්තා කරන ලද සෝල්-ජෙල් සංයෝගවල ILE අඩංගු වේ, ටෙට්‍රාඑතිල් ඕතොසිලිකේට් (TEOS) වැනි ඇල්කයිල්-සිලිකේට් සිලිකා පූර්වගාමියා ලෙස සහ ෆෝමික් අම්ලය ප්‍රතික්‍රියාකාරක සහ ද්‍රාවක ලෙස (9, 10) අඩංගු වේ.මෙම සෝල්-ජෙල් ක්‍රියාවලිය සඳහා යෝජිත යාන්ත්‍රණය (11) අනුව, සිලිකා ප්‍රධාන වශයෙන් නිපදවනු ලබන්නේ TEOS සහ ෆෝමික් අම්ලය අතර ප්‍රතික්‍රියාව මගිනි, නමුත් සෝල්-ජෙල් ක්‍රියාවලියේදී ජලය ජනනය වේ.මෙම ෆෝමික් අම්ලය මත පදනම් වූ “නොනිශ්චය” මිශ්‍රණවලට අමතරව, HCl උත්ප්‍රේරකයක් ලෙස සහ H2O ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් ලෙස (ප්ලස් කාබනික ද්‍රාවකයක්) සහිත ජලීය සෝල්-ජෙල් සංයෝග ද විස්තර කර ඇත, කෙසේ වෙතත්, මෙම විශේෂිත අවස්ථාවෙහිදී සිලිකා සංයෝගයක් සංශ්ලේෂණය කිරීම සඳහා අයනික දියර පමණි (12-15).

සාමාන්‍යයෙන්, අයනොජෙල් අයන සන්නායකතාවය ILE යොමුවට වඩා අඩුවෙන් පෙන්වයි.පළමු පරම්පරාවේ අයනොජෙල්වල කාමර උෂ්ණත්ව සන්නායකතාව තිබුණේ සාමාන්‍යයෙන් තොග ILE අගයෙන් 30 සිට 50% දක්වා පමණි, නමුත් සමහර උදාහරණ 80% දක්වා වාර්තා වී ඇත (9, 10, 16, 17).ILE අන්තර්ගතයේ බලපෑම සහ අයනොජල් සන්නායකතාවය මත සිදුරු රූප විද්‍යාව දැනටමත් විස්තරාත්මකව විමර්ශනය කර ඇත (3);කෙසේ වෙතත්, අතුරු මුහුණත වැඩිදියුණු කිරීමේ බලපෑම් පිළිබඳ ක්‍රමානුකූල අධ්‍යයනයක් නොදනී.Wu et al.(18) මෑතකදී වාර්තා කරන ලද ස්ථානීය ක්‍රියාකාරී අයනොජෙල්, එය තොග ILE හා සසඳන විට සන්නායකතාව වැඩි දියුණු කළේය.මෙම වැඩිදියුණු කිරීම සිලිකා පෘෂ්ඨයේ ඇති ඇනායන සහ 3-glycidyloxypropyl ක්රියාකාරී කණ්ඩායම අතර අන්තර්ක්රියාකාරිත්වයට හේතු විය.මෙම සොයා ගැනීම මතුපිට ක්‍රියාකාරීත්වයට සැබවින්ම අතුරු මුහුණත් සන්නායක ප්‍රවර්ධනය වැඩිදියුණු කළ හැකිය යන අදහසට සහාය වේ.

මෙම කාර්යයේදී, අපි සිලිකා මත ඝන අයිස් ජල තට්ටුවක් තැනීම පෙන්නුම් කරන අතර මතුපිට අයිස් ක්‍රියාකාරී ස්ථරය සහ adsorbed අයනික ද්‍රව මෙසොෆේස් ස්ථරය අතර වැඩි වූ ඩයිපෝල් අන්තර්ක්‍රියා මගින් අන්තර් මුහුණත Li-ion සන්නායක යාන්ත්‍රණය විස්තර කරමු.ඉහළ අභ්‍යන්තර පෘෂ්ඨ ප්‍රදේශය සහ ඝන අයිස් ක්‍රියාකාරී ස්ථරයේ එකතුවෙන්, ILE යොමුවට වඩා 200% වැඩි Li-ion සන්නායකතාවක් සහිත ඝන නැනෝකොම්පොසිට් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් (nano-SCE) ලබා ගන්නා ලදී.සිලිකා න්‍යාසය 90% සහ 1400 m2/g දක්වා සිදුරු පරිමාවන් සහ පෘෂ්ඨ ප්‍රදේශ සහිත සත්‍ය මොනොලිතික් මෙසොපොරස් ව්‍යුහයක් ඇති බව පෙන්වා දී ඇත, එමඟින් මෙම අතුරුමුහුණත් දිගේ සන්නායක වැඩි දියුණු කිරීමේ විශාල දායකත්වයක් ලබා දෙන ආන්තික මතුපිට සිට පරිමාව දක්වා අනුපාත සපයයි.සිලිකා පෘෂ්ඨයේ ප්‍රශස්ත ක්‍රියාකාරීත්වය සහ මතුපිට සිට පරිමාව දක්වා අනුපාතය උපරිම කිරීම සමඟින්, 10 mS/cm ඉක්මවන අයන සන්නායකතාවය සහිත නැනෝ-SCE ඉංජිනේරුමය කළ හැකි අතර එමඟින් මෝටර් රථ යෙදුම් සඳහා විශාල ධාරිතාවකින් යුත් බැටරි සඳහා ඉතා ආකර්ශනීය වේ.

අපගේ ලිපියේ අවධානය යොමු වන්නේ රාමන්, ෆූරියර් ට්‍රාන්ස්ෆෝම් අධෝරක්ත (FTIR) සහ න්‍යෂ්ටික චුම්භක අනුනාද (NMR) වර්ණාවලීක්ෂයෙන් සාක්ෂි සහිත මෙසොෆේස් ස්ථරයක් ගොඩනැගීම හරහා වැඩිදියුණු කළ අතුරු මුහුණත් සන්නායකතාවයේ යාන්ත්‍රණයයි.ඉහළ වෝල්ටීයතාවලදී අපගේ නැනෝ-SCE ද්‍රව්‍යයේ අතුරු මුහුණත් ස්ථායීතාවය තුනී පටල ලිතියම් මැංගනීස් ඔක්සයිඩ් (LMO) ඉලෙක්ට්‍රෝඩ භාවිතයෙන් පෙන්නුම් කෙරේ.මේ ආකාරයෙන්, ඉලෙක්ට්රෝඩ ඒකාබද්ධ කිරීම සහ සෛල එකලස් කිරීමේ ගැටළු වලට වඩා ද්රව්යය මත අවධානය යොමු කරයි.ඒ හා සමානව, විද්යුත් රසායනික කවුළුව සහ ලිතියම් ලෝහ තීරු වලට එරෙහිව ස්ථාවරත්වය සම්පූර්ණයෙන්ම සංලක්ෂිත වේ.අපගේ නැනෝ-SCE හි ක්‍රියාකාරීත්වය සහ ඒකාබද්ධ කිරීම ලිතියම් යකඩ පොස්පේට් (LFP) සහ ලිතියම් ටයිටනේට් (LTO) සෛල එකලස් කිරීම සහ අනුපාත කාර්ය සාධන පරීක්ෂණ මගින් පෙන්නුම් කෙරේ.අපගේ විද්‍යුත් විච්ඡේදකයේ ස්ථායීතාවය සහ අයිස් ජලයේ විද්‍යුත් රසායනික අක්‍රියතාව සමමිතික Li-SCE-Li සෛල දිගු කාලීන බයිසිකල් පැදීම මගින් පෙන්නුම් කරන ලදී.ශක්ති ඝනත්වය ප්‍රශස්ත කිරීම, අනුපාත කාර්ය සාධනය සහ සම්පූර්ණයෙන් එකලස් කරන ලද සෛලවල බයිසිකල් ක්‍රියාකාරිත්වය පසු විපරම් පත්‍රිකාවල අවධානය යොමු කරනු ඇත (19, 20).

ද්වි-අදියර සංයුක්ත පද්ධතිවල අන්තර් මුහුණත අයන සන්නායකතා ප්‍රවර්ධනය වසර 90 කට ආසන්න කාලයක් (21) දන්නා කරුණකි.නිදසුනක් ලෙස, පිරිසිදු ලිතියම් ලවණ ඉලෙක්ට්‍රෝලයිට් (22) හි අයන සන්නායකතාවයට සාපේක්ෂව සිලිකා හෝ ඇලුමිනා වැනි මෙසොපොරස් ඔක්සයිඩ් අංශු සමඟ ලිතියම් අයඩයිඩ් වැනි සරල ලිතියම් ලවණ සංයෝග සඳහා අයනික සන්නායකතාවයේ වැඩි කිරීමේ ඇණවුම් හතරක් දක්වා පෙන්වා ඇත.මෙම SCE වල අයන ඔක්සයිඩ්/විද්‍යුත් විච්ඡේදක අතුරුමුහුණතෙහි පිහිටුවා ඇති Li අයන ක්ෂය වූ (හෝ පුරප්පාඩු සහිත) විද්‍යුත් ද්විත්ව ස්ථරය දිගේ ඉතා වේගයෙන් විසරණය විය හැක.අවාසනාවකට මෙන්, මෙම සරල ද්වි-සංරචක අකාබනික ඝන-ඝන සංයෝගවල (1) ලබා ගන්නා අයන සන්නායකතාවය Li-ion බැටරියේ වත්මන් එකතු කිරීමේ තහඩු අතර සිය-මයික්‍රොමීටර කිහිපයක දුර සීමා කිරීමට අවශ්‍ය 1-mS/cm2 සීමාව ඉක්මවා නැත. .අයනික සන්නායකතාව ඉන්ජිනේරු කිරීම සඳහා ඔක්සයිඩ් න්‍යාසයක් සහිත විෂම මාත්‍රණය පිළිබඳ සංකල්පය ආරම්භ කිරීමට ඉහළ ආවේණික අයනික සන්නායකතාවයක් ඇති පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට් (23) සහ ILE (24) සඳහා ද ගවේෂණය කර ඇත.මීට අමතරව, තුන්වන සංරචකයේ පොහොසත් අණුක (ස්ටීරියෝ) රසායනය අතිරේක අයන සන්නායක යාන්ත්‍රණයන් විවෘත කරයි, මන්ද (ඩි) ධ්‍රැවීය ද්‍රාවක වැනි අණු විද්‍යුත් ද්විත්ව ස්ථරය සෑදීමට සහභාගී විය හැකිය.පොලිඑතිලීන් ඔක්සයිඩ් පොලිමර් ඉලෙක්ට්‍රෝලයිට් වල ඊතර් කාණ්ඩවල ද්‍රාව්‍ය ක්‍රියාව LiClO4 සඳහා ~10−6 S/cm සිට LiN(SO2CF3)2 සඳහා ~10−5 S/cm දක්වා ඝන තත්ත්‍වයේ අයන සන්නායකතාවයන් සපයන අතර, සිලිකා, ඇලුමිනා සමඟ ඒවායේ සංයුක්ත වේ. , හෝ ටයිටේනියා නැනෝ අංශුවලට ඇත්ත වශයෙන්ම මනින ලද අයන සන්නායකතාවයේ (25) 10 ගුණයකට වඩා වැඩි දියුණුවක් සැපයිය හැකිය, අවාසනාවකට මෙන්, තවමත් කාමර උෂ්ණත්වයේ 1 mS/cm සීමාවට වඩා බෙහෙවින් අඩුය.ILE ද්‍රාවණ යනු Li-ලුණු ද්‍රාව්‍යයක සහ අයනික ද්‍රව ද්‍රාවකයක මිශ්‍රණ වන අතර, දැනටමත් 0.1 සහ 10 mS/cm (26, 27) අතර ඉහළ ආවේණික අයනික සන්නායකතාවක් තිබිය හැක.ඔක්සයිඩ් නැනෝ අංශු සමඟ මිශ්‍ර කිරීමෙන් හෝ ජෙල් කිරීමෙන් අයන සන්නායකතාව වැඩි දියුණු කිරීමට හෝ ILE මෙසොපොරස් ක්ෂුද්‍ර අංශු (9, 16, 28, 29) තුළ සීමා කිරීමට උත්සාහයන් කිහිපයක් ගෙන ඇත.කෙසේ වෙතත්, මේ දක්වා, සංරචක තුනේ Li-ලුණු/අයන ද්‍රව/ඔක්සයිඩ් සංයෝග (fig. S1) සඳහා අයන සන්නායකතාවයේ වැඩි වීමක් නිරීක්ෂණය වී නොමැත.ඝන නැනෝ අංශු සමඟ සංයුති හා සසඳන විට මෙසොපොරස් සිලිකා ක්ෂුද්‍ර අංශු භාවිතය ඉහළ සන්නායකතාවක් ඇති කළත්, අතුරු මුහුණත මතුපිට ප්‍රදේශය සහ අයන සන්නායක ප්‍රවර්ධනය තොග ILE සන්නායකතාවය ඉක්මවීමට ප්‍රමාණවත් නොවේ.

මෙසොපොරස් සිලිකා යනු උත්ප්‍රේරණයේදී භාවිතා වන සුප්‍රසිද්ධ ද්‍රව්‍යයකි.එය සාමාන්‍යයෙන් සෑදී ඇත්තේ ජල තාප හෝ සරල සෝල්-ජෙල් සංස්ලේෂණය මගිනි.ජල තාප ක්‍රියාවලීන් සාමාන්‍යයෙන් මෙසොපොරස් කුඩු වලට තුඩු දෙයි, නමුත් කාමර උෂ්ණත්වයේ සෝල්-ජෙල් ක්‍රියාවලිය ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කිරීමත් සමඟ විශාල සිදුරු සහිත වීදුරු මොනොලිත් හෝ ඒරොජෙල් ද නිපදවා ඇත.සිලිකා න්‍යාසය සෑදී ඇත්තේ ටෙට්‍රා-ඇල්කයිල් ඕතොසිලිකේට් (30) හි ජල විච්ඡේදනය සහ ඝනීභවන ප්‍රතික්‍රියා මගිනි.සිදුරු ව්‍යුහය පාලනය කිරීමේ ප්‍රධාන දෙය වන්නේ සැකිලි භාවිතා කිරීමයි, නිදසුනක් ලෙස, සිලිකා අනුකෘතිය සෑදී ඇති මතුපිටක ආකාරයේ මයිසෙල්.අයනික ද්‍රවයක් සැකිලි අණුවක් ලෙස එකතු කළ විට, හයිඩ්‍රේටඩ් සිලිකා න්‍යාසය අයනික ද්‍රවය සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කර ජෙල් සාදමින්, සුව කර වියළීමෙන් පසු, අයනික ද්‍රව ඝන නැනෝපොරස් සිලිකා න්‍යාසය තුළට සීමා වේ (13).ලිතියම් ලුණු තුන්වන සංරචකයක් ලෙස එකතු කළ විට, සිලිකා න්‍යාසයේ සීමා වූ ILE සිලිකා ජෙල් ඉලෙක්ට්‍රෝලය සාදයි, එය අයනොජෙල් (24) ලෙසද හැඳින්වේ.කෙසේ වෙතත්, මේ වන විට, මෙම සිලිකා ජෙල් ඉලෙක්ට්‍රොලයිට්, සිලිකා රසායනිකව ක්‍රියාකාරී වී ඇති එක් අවස්ථාවක් හැර, තොග ILE වෙත ළඟා වන නමුත් එය නොඉක්මවන සන්නායකතාව පෙන්නුම් කරයි (හැඳින්වීම බලන්න) (18).

මෙහිදී, අපි පෙන්වන්නේ, පිරිසිදු ILE ට වඩා හොඳින් නැනෝ සංයුක්තයේ Li-ion සන්නායකතාවය ක්‍රමානුකූලව ප්‍රවර්ධනය කිරීමයි.1-බියුටයිල්-1-මෙතිල්පිරෝලිඩිනියම් bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) හි උදාහරණය මෙහි භාවිතා වේ.OH-අවසන් වූ සිලිකා පෘෂ්ඨයේ අයනික ද්‍රව අණු වල අවශෝෂණය අන්තර් මුහුණත අයිස් ජල තට්ටුවක් තිබීම මගින් ප්‍රවර්ධනය වන බව උපකල්පනය කෙරේ.අයිස් ජලය සහ TFSI− ඇනායන අතර ප්‍රබල හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය අයනික ද්‍රවවල අණුක අනුපිළිවෙලක් ඇති කරයි.තොග ILE හි අහඹු ලෙස සාදන ලද වසම් සමඟ ඇති ප්‍රධාන වෙනස නම්, අයිස් තට්ටුව ක්‍රියාකාරී තට්ටුවක් ලෙස ක්‍රියා කරන අතර එය (i) ඔක්සයිඩ් මතුපිට අණුක අනුපිළිවෙල ප්‍රේරණය කරන අතර (ii) නිදහස් Li+ මුදා හැරීම සඳහා ඩයිපෝල් ප්‍රේරණය කිරීමට ප්‍රමාණවත් තරම් ශක්තිමත් H-බන්ධනයක් හඳුන්වා දෙයි. වැඩිදියුණු කළ සන්නායකතාව සඳහා.නිදහස් Li+ සාන්ද්‍රණය වැඩිවීමට අමතරව, adsorbed ILE ස්ථරය සහ අයිස් ජල ස්ථරය සමඟ සංයුක්ත අතුරුමුහුණත දිගේ විසරණය සඳහා සක්‍රීය කිරීමේ ශක්තිය අඩු බව අපි පෙන්වමු.

සිලිකා මත ඒකස්ථර කිහිපයක් ඝන මතුපිට ජල ස්ථරය ඝන-සමාන ස්ථරයක් වන අතර, එය H-පාලම් හරහා සිලැනෝල් කාණ්ඩවලට දැඩි ලෙස බන්ධනය වී ඇති බැවින් එය අයිස් තට්ටුව (32) ලෙසද හැඳින්වේ.එහි ඝනත්වය සහ ඝනකම (අයිස් ඒකස්ථරයකට ~0.25 nm සහිත ඒකස්ථර තුනේ සිට හතර දක්වා ඇස්තමේන්තු කර ඇත) පරිසරයේ අර්ධ ජල පීඩනය [සාපේක්ෂ ආර්ද්‍රතාවය (RH)] සමඟ තාප ගතික සමතුලිතතාවයේ පවතී (fig. S2).අවශෝෂණය කරන ලද අයනික ස්ථර සමඟ හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය ද වැඩි වන බැවින් අයිස් ජල ස්ථරයේ thickness ණකම සමඟ අයන සන්නායකතාවය වැඩි වන බව අපි පෙන්වමු.අයිස් ජල ස්ථරය රසායනික සංයෝගවල ස්ඵටික ජලයට සමාන ස්ථායී වේ.මෙය ලුණු මිශ්‍රණවල ඇති සුපිරි සාන්ද්‍රිත ජලීය විද්‍යුත් විච්ඡේදක හෝ ඊනියා ජලයට වඩා හාත්පසින්ම වෙනස් වන අතර එහිදී විද්‍යුත් රසායනික කවුළුව දැඩි ලෙස පුළුල් වන නමුත් අවසානයේ ජලය තවමත් විද්‍යුත් රසායනිකව ක්‍රියාකාරී වේ (33).

සාමාන්‍ය ෆෝමික් අම්ලය-උත්ප්‍රේරක අයනොජෙල් වට්ටෝරු වලට වඩා වෙනස්ව, අපි විශාල ජල අතිරික්තයක් සහිත මෘදු pH 5 මිශ්‍රණයක් භාවිතා කළ අතර Li-TFSI ලුණු සහ BMP-TFSI අයනික ද්‍රව සහිත TEOS පූර්වගාමියෙකුට PGME (1-methoxy-2-propanol) එකතු කරන ලදී.මෙම pH අගයේදී, ජල විච්ඡේදනය ප්‍රතික්‍රියා මන්දගාමී වන අතර ඝනීභවනය හිතකර වේ (30).ලිතියම් ලවණ නොමැති විට ලිතියම් ලවණ නොමැති විට ජෙලීකරණයක් සිදු නොවූ බැවින් Li අයන ජල විච්ඡේදක ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා උත්ප්‍රේරකයක් ලෙස ක්‍රියා කරන බව විශ්වාස කෙරේ, දෙකෙහිම pH අගය 5 සමාන වේ. අයනික ද්‍රවයේ මවුල අනුපාතය TEOS (සහ ඒ අනුව සිලිකා කොටස්) වේ. x අගය ලෙස දක්වා ඇති අතර 0.25 සහ 2 අතර වෙනස් විය. BMP-TFSI සහ Li-TFSI හි මවුල අනුපාතය 3 (1 M Li-ion ද්‍රාවණයට අනුරූප) ලෙස තබා ඇත.මොනොලිත් ව්‍යුහයේ ව්‍යුහාත්මක අඛණ්ඩතාව පවත්වා ගැනීම සඳහා මන්දගාමී වියළීම අවශ්‍ය විය (ද්‍රව්‍ය සහ ක්‍රම බලන්න).රික්ත වියළීමකින් පසු ලබාගත් මොනොලිතික් පෙති වල ඡායාරූපයක් රූප සටහන 1A පෙන්වයි.FTIR විසින් තහවුරු කරන ලද පරිදි, adsorbed අයිස් ජල ස්ථරය සම්පූර්ණයෙන්ම නොවෙනස්ව පවතින අතර, සියලු නිදහස් ජලය ඉවත් කරන ලද ස්ථානයකට සියලු තෙතමනය ඉවත් කිරීමට පැය 72 රික්ත වියළීම ප්රමාණවත් විය.රික්ත වියලීමේ පියවරෙන් පසු කිසිදු සාම්පලයක 1635 cm−1 හි නිදහස් ජලය සඳහා කම්පන කිසිවක් අනාවරණය නොවීය (රූපය 2).සංසන්දනය කිරීම සඳහා, 60% RH හි N2 අත්වැසුම් පෙට්ටියක සති 1 ක් සඳහා ගබඩා කර ඇති නැනෝ-SCE නියැදියක (x = 1.5) FTIR වර්ණාවලිය පෙන්වයි.මෙම අවස්ථාවේ දී, පැහැදිලි නිදහස් ජල උච්චයක් දිස්වේ.අනෙක් අතට, සියලුම සාම්පල, සිලැනෝල් මතුපිට ක්‍රියාකාරීත්වය සඳහා පැහැදිලි සංඥාවක් (Si─OH 950 සහ 980 cm−1 අතර නැමීම) සහ adsorbed අයිස් ජල තට්ටුවක් (O─H ~3540 cm−1 දක්වා විහිදේ) බන්ධනය කර ඇත. H-බන්ධනය මගින් ─OH මතුපිට කණ්ඩායම් (වැඩි විස්තර පහතින්).නැනෝ-SCE (වගුව S1) හි රඳවා ඇති ජලය මැනීම සඳහා වියළන පියවරට පෙර සහ පසුව කුප්පි බර කර ඇත.පසුව, අපි අතිරික්ත බරෙන් මතුපිටට බැඳුනු අයිස් ස්ථරවල අනුරූප ඒකස්ථර සංඛ්යාව ගණනය කරමු.රික්ත වියළන ලද පෙති, අත්වැසුම් පෙට්ටියට [<0.1-ppm (මිලියනයකට කොටස්) H2O] ගෙනැවිත් මුල් ජල අන්තර්ගතය පවත්වා ගැනීම සඳහා වසා දැමූ කුප්පි වල ගබඩා කර ඇත.වැඩිදුර ගුනාංගීකරනය සඳහා පෙති වලින් කුඩා පරිමාවක් ගන්නා ලදී.

(A) කුප්පියේ සංස්ලේෂණය කරන ලද නැනෝ-SCE පෙති දෙකක (වමේ) පින්තූරය;ජෙලේෂන් කිරීමෙන් පසු විනිවිද පෙනෙන පෙති ලබා ගනී.පෙති සම්පූර්ණයෙන්ම පාරදෘශ්‍ය වන අතර එම නිසා දෘශ්‍යතාව සඳහා නිල් පැහැයක් ලබා දී ඇති බව සලකන්න.ILE ඉවත් කළ විට, අධික සිදුරු සහිත සිලිකා න්‍යාසය (දකුණේ) සඳහා බිඳෙනසුලු සුදු පෙති ඉතිරි වේ.(B) ILE ඉවත් කිරීමෙන් පසුව ඉතිරිව ඇති SiO2 අනුකෘතියේ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (SEM) රූපය පරිලෝකනය කිරීම.(C) සමහර මැක්‍රොපෝර් සහිත අනුකෘති ද්‍රව්‍යවල මෙසොපොරස් ස්වභාවය නිරූපණය කරන (B) හි පෙන්වා ඇති පින්තූරය විශාලනය කරන්න.(D) සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (TEM) රූපය 7- සිට 10-nm දක්වා සිලිකා නැනෝ අංශු porous matrix ද්‍රව්‍යයේ ගොඩනැඟිලි කොටස් ලෙස ඝන ඇසුරුමක් පෙන්වයි.(E) SiO2 (x අගය) ට සාපේක්ෂව ILE හි විවිධ මවුල අනුපාත සඳහා සැලසුම් කර ඇති අනුකෘති ව්‍යුහයේ සිදුරු.ඉරි සහිත රේඛාව ILE සහ සිලිකා වල පරිමා භාගයෙන් තීරණය වන න්‍යායික සිදුරු ලබා දෙයි.ඇසිටෝන් සෝදාගත් සාම්පල (කළු කොටු) වාතයේ වියළන ලද අතර එමඟින් ව්‍යුහය x > 0.5 සඳහා අර්ධ වශයෙන් කඩා වැටේ.එතනෝල්-සේදා නැනෝ-SCE (හරිත කව) හි සුපිරි CO2 වියළීම CO2 (විවෘත කවය) අමතර සෙමින් ඉවත් කිරීම සඳහා x = 2 දක්වා කඩා වැටීම වළක්වයි.BET, Brunauer-Emmett-Teller.ඡායාරූප ණය: ෆ්‍රෙඩ් ලූසන්, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) නැනෝ-SCE හි IR වර්ණාවලි රික්තකයේ (කළු) වියලන ලද අතර පසුව 0.0005% RH සහිත අත්වැසුම් පෙට්ටියක දින 9 ක් (නිල්) වියළන ලද අතර දින 4 ක් (රතු) සහ 60 දක්වා 30% RH වෙත නිරාවරණය වේ. පිළිවෙලින් දින 8 (කොළ) සඳහා % RH.au, අත්තනෝමතික ඒකක.(B) x අගයන් 1.0 (නිල්), 1.5 (කොළ), සහ 2.0 (රතු) සහ ILE යොමු (කළු) සහිත Li/SCE/TiN තොගයක චක්‍රීය වෝල්ටම්මෝග්‍රෑම්;ඇතුල් කිරීම ලඝුගණක පරිමාණයෙන් ධාරාව පෙන්වයි.(C) Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 ස්ටැක් (රතු), ILE (තිත් සහිත කළු), සහ ILE හි චක්‍රීය වෝල්ටමෝග්‍රෑම් 5 බර % (wt %) H2O (ඉරි-තිත් සහිත නිල් රේඛාව);(B) සහ (C) තුළ, ILE සහ ILE සමඟ H2O සමඟ මිනුම් සිදු කරන ලද්දේ TiN සමඟ වැඩ කරන ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙසත් Li කවුන්ටරය සහ විමර්ශන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ලෙසත් ත්‍රි-ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වින්‍යාසයෙනි.SCE රික්ත වියළීමකින් පසු අත්වැසුම් පෙට්ටියේ දින 2 ක් වියළන ලදී.

අපගේ රික්ත-ඇනෙල්ඩ් නැනෝ-SCE හි අයනික සන්නායකතාවය (σi) අංශු සංයුක්ත (fig. S1) සඳහා ILE (x අගය) පරිමා භාගය සමඟ වැඩි විය.කෙසේ වෙතත්, මෙම අවස්ථාවෙහිදී, අයනික සන්නායකතාවය ඉහළම x අගයන් සඳහා 200% ට වඩා පිරිසිදු ILE ට වඩා වැඩි විය (රූපය 3).තවද, වැඩි දියුණු කරන ලද අයන සන්නායකතාවය සහිත නැනෝ-SCE හි උෂ්ණත්වය රඳා පැවතීම පිරිසිදු ILE වලට වඩා වෙනස් හැසිරීමක් පෙන්නුම් කරයි: BMP-TFSI ILE හි Li-TFSI දියවීම වටා සන්නායකතාවයේ සහ සක්‍රීය කිරීමේ ශක්තියේ (බෑවුමේ) පැහැදිලි වෙනසක් පෙන්නුම් කරයි. 29 ° C දී මිශ්රණයේ ලක්ෂ්යය, වැඩිදියුණු කළ සන්නායකතාව සහිත නැනෝ-SCE නොවේ.ඒ වෙනුවට, එය උෂ්ණත්වය සමඟ σi හි අඛණ්ඩ විචලනයක් පෙන්නුම් කරයි, කලින් හඳුනා නොගත් ආකාරයේ අදියර හෝ මෙසොෆේස් සෑදී ඇති බව පෙන්නුම් කරයි, පසුව වැඩි දියුණු කරන ලද සන්නායකතාවය සඳහා වගකිව යුතුය.තවද, ILE හා සසඳන විට නැනෝ-SCE සඳහා විසරණය සඳහා කුඩා බෑවුම සහ ඒ අනුව අඩු සක්‍රීය ශක්තිය විවිධ ද්‍රව්‍යමය ගුණාංග පෙන්නුම් කරයි (fig. S3).අයනික ද්‍රව අණු සහ සිලිකා පලංචියේ ඇති ඝන අයිස් තට්ටුව අතර ප්‍රබල අන්තර්ක්‍රියා නිරීක්ෂණය කරන ලද මෙසොෆේස් හැසිරීම් වලට වගකිව යුතු බව උපකල්පනය කර ඇත, පහත යෝජිත ආකෘතිය සමඟ සාකච්ඡා කරනු ඇත.

(A) x අගයන් 2 (කළු කොටු), 1.75 (තැඹිලි කව), 1.5 (නිල් ත්‍රිකෝණ) සහ 1.0 (හරිත ත්‍රිකෝණ) සහිත අත්වැසුම් පෙට්ටියේ (GB) දින 8ක් වියළන ලද නැනෝ-SCE වල සන්නායකතාවයේ උෂ්ණත්වය රඳා පැවතීම ) සහ ILE යොමු (විවෘත කොටු).(B) නැනෝ-SCE වල සන්නායකතාවය අමතර වශයෙන් දින 0 (කොළ වර්ග), දින 10 (කළු ත්‍රිකෝණ) සහ දින 138 (නිල් ත්‍රිකෝණ) සඳහා GB වලින් වියලනු ලැබේ.(C) x අගයන් 2 (කළු කොටු), 1.5 (නිල් ත්‍රිකෝණ), 1.0 (කොළ ත්‍රිකෝණ) සහ 0.5 (දුඹුරු දියමන්ති) සහිත නැනෝ-SCE හි වියළන කාලයෙහි වර්ගමූලයට එදිරිව සන්නායකතාව.(D) N2 පිරවූ ආර්ද්‍රතා කුටියක නිරාවරණය වන x = 2 (කළු කොටු), 1.5 (නිල් ත්‍රිකෝණ) සහ 1.0 (හරිත ත්‍රිකෝණ) සහිත නැනෝ-SCE සන්නායකතාවය.

අත්වැසුම් පෙට්ටියේ ආගන් වායුගෝලය 0.1 ppm ට වඩා අඩු ජලය අඩංගු වන අතර එය 0.0005% RH, 0.01 Pa හි අර්ධ ජල පීඩනය හෝ -88 ° C පිනි ලක්ෂයට අනුරූප වේ.silanol-terminated silica මත ඇති adsorbed water layers ගණන ජලයේ ආංශික පීඩනය සමග සමතුලිතව පවතින බැවින් (fig. S2), මතුපිට ජලය නැනෝ-SCE වලින් සෙමෙන් විසරණය වන අතර දාරවල sublimate වේ.අත්වැසුම් පෙට්ටියේ පදිංචි කාලයෙහි කාර්යයක් ලෙස නැනෝ-SCE 23 μl සඳහා සන්නායකතාවයේ වෙනස රූප සටහන 3C පෙන්වයි.අත්වැසුම් පෙට්ටියේ 0.01 Pa ජල අර්ධ පීඩනය සමඟ සමතුලිතතාවයේ සිලිකා මතුපිටට අනුරූප අගයකින් සංතෘප්ත වන තෙක් අයන සන්නායකතාවය වියළීම සමඟ අඩු වේ.අත්වැසුම් පෙට්ටියේ අධික වියළි තත්ත්‍වයන් යටතේ වුවද, අවම වශයෙන්, සිලැනෝල් මත අවශෝෂක ජලයේ අර්ධ ඒකස්ථරයක් පවතී, රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය තවමත් 3524 cm−1 හි සංඥාවක් පෙන්නුම් කර ඇති අතර, එය සිලනෝල් මත ඇති පළමු අවශෝෂක ජලය සඳහා විශේෂිත වේ. (රූපය 4B).සංතෘප්ත තත්ව යටතේ අයන සන්නායකතාවය සෑම අවස්ථාවකදීම තනි ILE වලට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය.එබැවින්, සිදුරුවල හරය තුළ සීමා වූ ILE හි අයනික සන්නායකතාවයේ පාඩුව සඳහා වන්දි ගෙවීමට වැඩිදියුණු කිරීම ප්රමාණවත් නොවේ.

(A) 1.5 (රතු), ILE යොමු (කළු) සහ SiO2 (නිල්) x අගයක් සහිත නැනෝ-SCE හි IR වර්ණාවලිය, O═S═O කාණ්ඩය (1231 cm−1) සම්බන්ධ වී ඇති බව පෙන්වයි. සිලිකා මතුපිට OH-කණ්ඩායම් සමඟ අන්තර්ක්රියා.(B) 2 (කළු), 1.5 (රතු) සහ 0.5 (නිල්) යන x අගයන් සහිත නැනෝ-SCE හි රාමන් වර්ණාවලි, සන්තෘප්තියට ආසන්න නැනෝ-SCE සඳහා පවා සිලනෝල් අවසන් කළ සිලිකා මත බන්ධනය වූ අයිස් ජලය (0.0005) පෙන්නුම් කරයි. % RH) අත්වැසුම් පෙට්ටියක (දින 30).(C) TFSI− ඇනායන එහි සෘණ ආරෝපණයෙන් කොටසක් adsorbed ice-TFSI-BMP ස්තරය සමඟ බෙදා ගන්නා බැවින් Li-TFSI විඝටනය සමඟ නැනෝ-SCE හි අතුරු මුහුණත අන්තර්ක්‍රියා සඳහා යෝජිත ආකෘතිය නොමිලේ Li+ බවට;වර්ණ දම් පාට (සිලිකන්), රතු (ලිතියම්), තද කහ (සල්ෆර්), තැඹිලි (ඔක්සිජන්), නිල් (නයිට්රජන්), සුදු (හයිඩ්රජන්) සහ කොළ (ෆ්ලෝරීන්) සමඟ විවිධ මූලද්රව්ය නියෝජනය කරයි.දම් පැහැති ඉරි සහිත රේඛා TFSI ඇනායන O═S කාණ්ඩය සහ හයිඩ්‍රොක්සිලේටඩ් සිලිකා මතුපිට OH-කාණ්ඩ අතර හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය නියෝජනය කරයි.ද්‍රව්‍ය මගින් adsorbed ස්තරය මතින් නිදහස් කර ඇති Li+ අයන, අතුරු මුහුණත් ස්ථරවලට ඉහලින් පසුකාලීන ජංගම හෝ විසරණය වන අයනික ද්‍රව ස්ථර හරහා සංක්‍රමණය විය හැක.හයිඩ්‍රජන් බන්ධනවල ප්‍රබලතාවය සහ සිලිකා මත සමාන ආරෝපණය මත පදනම්ව, බහු adsorbed ස්ථරයක් ද සෑදිය හැකි බව සලකන්න.සම්පූර්ණ වර්ණාවලි රූපයේ දැක්වේ.S8.

සිත් ඇදගන්නාසුලු නිරීක්ෂණයක් නම්, රූපය 3C හි පෙන්වා ඇති පරිදි වියළන කාලයෙහි වර්ගමූලය සමඟ රේඛීය සම්බන්ධතාවය, සන්නායකතා වෙනස සිලිකා මත ඇති අවශෝෂක අයිස් ජලයේ ප්‍රමාණයේ වෙනස්වීම්වලට සෘජුව සමානුපාතික වන අතර මෙම මතුපිට ජලය ඉවත් කිරීම බව පෙන්නුම් කරයි. විසරණය සීමා සහිතයි."වියළීම" සිදු වන්නේ සමතුලිත අයිස් තට්ටුවට වඩා RH අඩු විවෘත පරිසරයක පමණක් බව සලකන්න.සන්නායකතාවය සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් නොවීය, උදාහරණයක් ලෙස, උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතින මිනුම් සඳහා භාවිතා කරන සංවෘත කාසි සෛල තුළ.

නැනෝ-SCE හි උෂ්ණත්වය රඳා පැවතීම අත්වැසුම් පෙට්ටිය තුළ වියළන විවිධ වේලාවන් සඳහා මනිනු ලැබේ.වියලන ලද නැනෝ-SCE හි සන්නායකතාවය ILE හි සන්නායකතාවයට ළඟා වූ විට, mesophase සන්නායකතාවය සඳහා අඛණ්ඩ σi එදිරිව 1/T පැතිකඩ ක්‍රමයෙන් ILE සඳහා පැතිකඩ වෙත වෙනස් වූ අතර, එහි ද්‍රවාංකය වටා පහත වැටීම නැවත හෙළි කරයි (fig. S3).නැනෝ-SCE හි මෙසොෆේස් හැසිරීම් ඇති කරමින් ILE සමඟ අතුරු මුහුණත් අන්තර්ක්‍රියා සඳහා ක්‍රියාකාරී ස්ථරයක් ලෙස අයිස් තට්ටුව ක්‍රියා කරයි යන උපකල්පනයට මෙම නිරීක්ෂණය තවදුරටත් සහාය වේ.එබැවින්, ක්‍රියාකාරී ස්තරය ඉවත් කළ විට, ILE හුදෙක් මෙසොපොරස් ඔක්සයිඩ් පටලයකට සීමා වේ.

නිෂ්ක්‍රීය TiN ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ (රූපය 2) හෝ වෙනත් ආකාරයකින් ක්‍රියා කරන TiO2 තුනී පටල ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක ජලය අඩු කිරීම හෝ ඔක්සිකරණය කිරීම සඳහා කිසිදු උච්චයක් නිරීක්ෂණය නොවූ බැවින්, නැනෝ-SCE හි අයිස් ජලය ස්ථායී බව විද්‍යුත් රසායනික ස්ථායීතා කවුළුවේ මිනුම් තහවුරු කරයි. ජලය අඩු කිරීම සඳහා විද්යුත් උත්ප්රේරකයක් ලෙස.ඒ වෙනුවට, නැනෝ-SCE හි විද්‍යුත් රසායනික ස්ථායීතාවය ILE එකට බෙහෙවින් සමාන වන අතර එමගින් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ විභවයන් > 4.3 V හිදී TFSI- ඔක්සිකරණය සහ TFSI− සහ BMP+ විභවයන් <1 V එදිරිව Li+/Li හි අඩු කිරීම මගින් සීමා වේ. (33)සංසන්දනය කිරීම සඳහා, 5 බර % (wt %) ජලය එකතු කරන ලද ILE සඳහා voltammogram පෙන්වනු ලැබේ (සමහර නැනෝ-SCE සඳහා සමාන අන්තර්ගතය; S1 වගුව බලන්න).මෙම අවස්ථාවෙහිදී, ජලය අඩු කිරීම සඳහා කැතෝඩික් ශාඛාවක් Li+/Li ට සාපේක්ෂව 1.5 V හි ඇනටේස් හි Li-intercalation උපරිමයට පසුව වහාම මනිනු ලැබේ.

නැනෝ-SCE හි තාප සහ (විද්‍යුත්) රසායනික ස්ථායීතාවය බොහෝ දුරට ILE ෆිලර් මගින් තීරණය වේ.Thermogravimetric විශ්ලේෂණය (TGA) ILE-සිලිකා අනුපාතය (fig. S4) නොතකා SCE සහ ILE හි තාප ස්ථායීතාවය 320 ° C දක්වා පෙන්නුම් කරයි.මෙම උෂ්ණත්වයට ඉහළින්, Li-TFSI සහ BMP-TFSI සම්පූර්ණයෙන්ම වාෂ්පශීලී සංරචක වලට දිරාපත් වන අතර සිලිකා අනුකෘතිය පමණක් 450 ° C පමණ පවතී.තාප වියෝජනයෙන් පසු ඉතිරිව ඇති ස්කන්ධ ප්‍රතිශතය SCE හි සිලිකා භාගය සමඟ ඉතා හොඳින් ගැලපේ.

නැනෝ-SCE ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයේ (SEM) පැහැදිලි ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයක් නොපෙන්වා ඇති අතර සිලිකා පැල්ලම් සහිත සිනිඳු මතුපිටක් හැර (fig. S5).SCE හි නිශ්චිත ඝනත්වය හීලියම් පයික්නෝමීටරයකින් තීරණය කරන ලද අතර සියලුම x අගයන් සඳහා 1.5 g/cm3 පමණ විය (වගුව S1).සම්පූර්ණ සිලිකා අනුකෘතිය ද්‍රාවකයක ILE වෙහෙසකර නිස්සාරණයෙන් අනාවරණය විය (ද්‍රව්‍ය සහ ක්‍රම බලන්න).CO2 හි තීරනාත්මක ලක්ෂ්‍යයේ දී ප්‍රවේශමෙන් වියලීමෙන්, 1A හි පෙන්වා ඇති පරිදි නොවෙනස්ව වායුගෝලීය ඒකලිත ලබා ගත හැකිය.SEM පරීක්ෂාව මගින් 10-30-nm සිදුරු විෂ්කම්භයක් සහිත මෙසොපොරස් සිලිකා පලංචියක් පෙන්නුම් කරයි, එය 100 සිට 150 nm දක්වා විශාල මැක්‍රොපෝර වටා ඔතා ඇති අතර, එය රූප සටහන 1 (B සහ C) හි දැකිය හැක.අධි-විභේදන සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය (TEM) (රූපය 1D) සමීපව ඇසුරුම් කරන ලද සිලිකා නැනෝ අංශු වලින් සමන්විත ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයක් තවදුරටත් නිරාවරණය කරන ලදී.සාමාන්‍ය අංශු විෂ්කම්භය 0.5 සහ 1.5 අතර x අගයන් සඳහා 7 සිට 14 nm දක්වා පරාසයක පවතී.

නිශ්චිත පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], සිදුරු, සාමාන්‍ය සිදුරු ප්‍රමාණය සහ සිදුරු ප්‍රමාණය ව්‍යාප්තිය N2 adsorption/desorption මිනුම් (වගුව S1 සහ fig. S6) මගින් තීරණය කරන ලදී.ව්‍යුහයේ අර්ධ බිඳවැටීම සහ adsorbed ILE අසම්පූර්ණව ඉවත් කිරීම සංඛ්‍යා තරමක් වැරදි ලෙස නිරූපණය කළ හැක.ලබා දී ඇති supercritical CO2 භාවිතයෙන් අයනික ද්‍රව ප්‍රවේශමෙන් නිස්සාරණය කිරීම සහ මන්දගාමී වියළීම, කෙසේ වෙතත්, ILE හි පරිමා භාගයේ සිට සිලිකා දක්වා ගණනය කරන ලද අපේක්ෂිත සිදුරු ප්‍රමාණයට ආසන්න විශ්වාසනීය ප්‍රතිඵල (පය. 1).BET මතුපිට වර්ගඵලය 800 සහ 1000 m2/g අතර පරාසයක පවතී.සමාවයවිකයේ බෑවුමෙන් ලබාගත් මධ්යන්ය සිදුරු ප්රමාණය 7 සහ 16 nm අතර පරාසයක පවතී.මීට අමතරව, SEM නිරීක්ෂණවලට අනුකූලව, 200 nm පමණ විශාල සිදුරු වලින් කුඩා කොටසක් මනිනු ලැබේ (fig. S6).සිදුරු විෂ්කම්භය ILE පරිමා භාගයෙන් සහ BET මතුපිට ප්‍රදේශයෙන් ලබාගත් ILE ස්ථරයේ සමාන ඝනකම මෙන් දෙගුණයක් සමඟ ඉතා හොඳින් අනුරූප වේ, එනම් මෙසොපෝර සම්පූර්ණයෙන්ම ILE වලින් පිරී ඇති බවයි.

වාර්තා කරන ලද BET මතුපිට ප්‍රදේශය මෙසොපෝර් සහ මැක්‍රොපෝර් සඳහා පමණි.acetone-rinsed matrix සඳහා, micropores (~ 0.6 nm) ද මනිනු ලැබේ.Fig. 1D හි TEM රූපයේ දැක්වෙන පරිදි ව්‍යුහය සෑදෙන තනි සිලිකා නැනෝ අංශු අතර ක්ෂුද්‍ර විවරයන් දක්නට ලැබේ.650 (x = 0.5) සහ 360 m2/g (x = 1.5) අතර උපරිම අතිරේක පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයක් ඇස්තමේන්තු කර ඇත (වගුව S1).

FTIR සහ රමන් වර්ණාවලි දෙකම ක්ෂුද්‍ර විවරයන්, මෙසෝපෝර සහ මැක්‍රෝපෝර් සැලකිල්ලට ගන්නා විට 1400 m2/g ඉක්මවන අතිශය ඵලදායී පෘෂ්ඨ ප්‍රදේශ සහිත අධි-පොරෝසිටි සිලිකා න්‍යාසය මත අවශෝෂණය කරන ලද අයිස් ජල අණු සහිත සිලැනෝල් කාණ්ඩ සඳහා පැහැදිලි සාක්ෂි පෙන්වයි.x <1.75 සඳහා නැනෝ-SCE හි ඇති අතිරික්ත ජලයෙන් ශුන්‍ය සහ ජල ඒකස්ථර තුනක් අතර ඇස්තමේන්තු කර ඇත.ප්ලැනර් සිලිකා සඳහා, ඕඑච්-අවසන් කරන ලද මතුපිටට (32) ප්‍රබල හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය වීම නිසා අවශෝෂක ජලයේ පළමු ඒකස්ථර තුන නිශ්චල සහ ඝන-සමාන ලෙස සැලකේ (Fig. S2 බලන්න).අයිස් ජල ස්ථරයකට බන්ධනය වූ සිලැනෝල් හයිඩ්‍රජන් හා සම්බන්ධ O─H දිග FTIR වර්ණාවලියේ 3540 cm−1 හි දක්නට ලැබේ.සියලුම නැනෝ-SCE රික්ත වියලීමෙන් පසු සහ අත්වැසුම් පෙට්ටියේ තවදුරටත් වියළීමෙන් පසු අයිස් ජලය සඳහා 3540 cm−1 හි පැහැදිලි උච්චයක් පෙන්වයි (රූපය 2).0.0005% RH (අත්වැසුම් පෙට්ටිය) හි සමතුලිත නැනෝ-SCE සඳහා පවා, රමන් වර්ණාවලීක්ෂය තවමත් අවම වශයෙන් අර්ධ ඒකස්ථරයක් (රූපය 4B) ඇති බව පෙන්නුම් කරයි.ප්ලැනර් සිලිකා මත ඇති සිව්වන ඒකස්ථරය සංක්‍රාන්ති ස්ථරයක් ලෙස විශ්වාස කෙරේ, එයින් අදහස් වන්නේ එය තවමත් අවශෝෂණය කර සීමා කර ඇති නමුත් යම් සංචලනයක් තිබිය හැකි බවයි.පස්වන ස්ථරයේ සිට ජලය ජංගම සහ දියරයක් බවට පත්වේ.ද්‍රව ජලයේ H-බන්ධනය අඩු මට්ටමක පැවතීම හේතුවෙන් FTIR වර්ණාවලියේ වැඩි තරංග සංඛ්‍යා වලින් ද්‍රව-සමාන ජලය පෙන්වනු ඇත.60% RH වලට නිරාවරණය වන නැනෝ-SCE සඳහා, 3540-cm−1peak ඇත්ත වශයෙන්ම අතිරේක කම්පන අතිරේක adsorbed ද්රව ජල ස්ථරය නිසා ඉහළ තරංග සංඛ්යා වෙත මාරු වී ඇත.මෙම ආර්ද්‍රතාවයේ සිලිකා මත ද්‍රව ජලය තවමත් අපේක්ෂා නොකරන බැවින් නියැදිය 30% RH ට නිරාවරණය වූ අත්හදා බැලීම මේ සම්බන්ධයෙන් සිත්ගන්නා කරුණකි (fig. S2).මෙම නියැදිය සඳහා, FTIR හි දක්නට ලැබෙන්නේ අයිස් ජලය සඳහා 3540 cm−1 උපරිමය පමණි.මීට අමතරව, 30% RH දී දින 4 කට පසුව පවා 1635 cm−1 හි නිදහස් ජල උච්චයක් අනාවරණය නොවීය.මෙයින් අදහස් කරන්නේ රික්ත ප්‍රතිකාරය මගින් නැනෝ-SCE වියළන ලද පසු ජලභීතික BMP-TFSI හි දියකර ඇති ජලාකර්ෂණීය Li-TFSI මගින් ජලය ලබා නොගන්නා බවයි.එබැවින්, SCE හි ඕනෑම අතිරේක ජලය OH-අවසන් කළ සිලිකා මතුපිටට අවශෝෂණය වේ.එබැවින්, තල සිලිකා සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, SCE සිලිකා අනුකෘතිය පරිසරයේ ජලයේ අර්ධ පීඩනය සමඟ සමතුලිත වේ.

මෙම කල්පිතය තවදුරටත් පරීක්ෂා කිරීම සඳහා, නැනෝ-SCE (x = 1, 1.5, සහ 2) හි අයන සන්නායකතාවය වෙනස් % RH හිදී මනිනු ලැබේ;අවශෝෂණය කරන ලද ජල ආවරණය සමතුලිතතාවයට ළඟා වීමට ඉඩ සලසා දීම සඳහා නියැදි දින 2 ක් සඳහා අත්වැසුම් පෙට්ටියක වියළි සහ තෙතමනය සහිත N2 වායුවේ පාලිත මිශ්‍රණයකට නිරාවරණය කරන ලදී (රූපය 3D).~0% RH හි ලකුණු සඳහා, අත්වැසුම් පෙට්ටියේ සමතුලිත නැනෝ-SCE සඳහා සන්නායකතාව ලබා ගන්නා ලදී.විශ්මය ජනක ලෙස, අයන සන්නායකතාවය එදිරිව RH(%) පැතිකඩ තල සිලිකා (fig. S2) මත ජල අවශෝෂණය සඳහා අපේක්ෂිත හැසිරීම අනුගමනය කරන ලදී.0 සහ 30% RH අතර, RH වැඩි වීමත් සමඟ සන්නායකතාව වැඩි විය.අවශෝෂණය කරන ලද අයිස් ස්ථර ඝනත්වය සහ ඝනකම වැඩි වීමක් අපේක්ෂා කළ පරිදි (තල සිලිකා මත අයිස් ස්ථර එක සිට තුන දක්වා අනුරූප වේ).30% RH හි දින කිහිපයක් සඳහා නැනෝ-SCE හි නොමිලේ ජලය නොමැති බව FTIR පෙන්නුම් කළ බව සලකන්න.ප්ලැනර් සිලිකා සඳහා සංක්‍රාන්ති අවශෝෂක ජල ස්ථරයක් අපේක්ෂා කරන කොන්දේසිවලට අනුරූප වන 50% RH පමණ සංක්‍රාන්තියක් දක්නට ලැබේ.අවසානයේදී, අයන සන්නායකතාවයේ පැහැදිලි පියවරක් වැඩි වීමක් 60% ක් සහ ඉහළ ආර්ද්‍රතාවයන් වෙත දක්නට ලැබේ, එහිදී, තල සිලිකා හා සමානව, දැන්, සිලිකා සහ කාවැද්දූ ILE අතර අතුරු මුහුණතේ ද්‍රව වැනි ජල තට්ටුවක් සෑදී ඇත.FTIR සමඟින්, අයිස් තට්ටුවේ ඇති ද්‍රව ජල තට්ටුවක් දැන් සිලනෝල්/අයිස්/ජල කම්පන උච්චය ඉහළ ශක්තීන් වෙත මාරු වීමෙන් අනාවරණය වේ (රූපය 2A).සන්නායකතාවයේ නිරීක්ෂණය කරන ලද වෙනස ආපසු හැරවිය හැකිය;මේ අනුව, නැනෝ-SCE ආර්ද්‍රතා සංවේදකයක් සහ Li-ion ඉලෙක්ට්‍රෝලය ලෙස ක්‍රියා කළ හැක.Fig. 3D වෙතින්, රික්තක ඇනීල් පසු වහාම නැනෝ-SCE හි අයන සන්නායකතාවය ~10% RH හි සමතුලිත හයිඩ්‍රේටඩ් සිලිකා සමඟ අනුරූප වේ.වියළි කාමර තත්ත්‍වයේ සන්තෘප්තිය සඳහා අයන සන්නායකතාවය (~0.5% RH) 0.6 mS/cm (x = 2 සඳහා) පමණ වේ.මෙම අත්හදා බැලීම මගින් අයන සන්නායකතාවය මත අන්තර් මුහුණත ජලයෙහි බලපෑම පැහැදිලිව පෙන්නුම් කරයි.RH > 60% සඳහා, ද්‍රව වැනි ස්ථරය හරහා ද්‍රාව්‍ය වූ Li+ වේගයෙන් විසරණය කිරීමෙන් ඉහළ අයන සන්නායකතාව පැහැදිලි කළ හැක.කෙසේ වෙතත්, ඝන අයිස් තට්ටුවක් සම්බන්ධයෙන්, Li+ අයන විසරණය ඝන-තත්ත්ව ආකාරයේ විසරණයක් වන අතර එමඟින් අයනික දියර හරහා වඩා මන්දගාමී වේ.ඒ වෙනුවට, පහත ආකෘතියේ යෝජනා කර ඇති පරිදි Li-ලුණු සහ අයනික ද්‍රව අණුවල කාබනික ඇනායන සහ කැටායනවල වැඩි දියුණු කළ අවශෝෂණයට වැඩි දියුණු කිරීම් ආරෝපණය වේ.

අපි යෝජනා කරන්නේ අයනික ද්‍රව අණු සිලිනෝල් කාණ්ඩවල නිශ්චල අයිස් තට්ටුව සහිත H-පාලම් හරහා සිලිකා මතුපිටට අවශෝෂණය කර ඇති ආකෘතියක් (රූපය 4).ජල විච්ඡේදක ඝනීභවන ප්‍රතික්‍රියාවෙහි ආවේණික ස්වභාවය ඉහළම සිලැනෝල් ඝනත්වය සපයයි (4 × 1014 සිට 8 × 1014 cm−2, එය cm2 ට ~8 × 1014 ජල අණු සහිත අයිස් ඒකස්ථරයක ඝනත්වය සමඟ හොඳින් ගැලපේ) (34).TFSI ඇනායනවල O පරමාණු සහ සිලිකා අතර අණුක අන්තර්ක්‍රියා සඳහා සාක්ෂි FTIR මගින් ලබා දී ඇති අතර, ILE යොමුවට සාපේක්ෂව සියලුම නැනෝ-SCE සඳහා O═S═O උපරිමය දෙගුණ කිරීම පෙන්නුම් කරයි (රූපය 4A; සම්පූර්ණ වර්ණාවලි රූපය S8 හි).1231 cm−1 සිට −5 cm−1 පමණ වන අතිරේක ශිඛරය මාරු කිරීම TFSI ඇනායන වලින් අවම වශයෙන් කොටසක් සඳහා O═S═O කාණ්ඩවල බන්ධනය පෙන්නුම් කරයි.එබැවින්, අයිස් ජල ස්ථරයේ TFSI ඇනායන වල H-බන්ධනය උපකල්පනය කෙරේ.පසුව, විශාල ජලභීතික BMP කැටායන පළමු TFSI ස්ථරය සමඟ සම්බන්ධ වී අයනික ද්‍රව අණුවල පළමු අවශෝෂක ස්ථරය සම්පූර්ණ කරයි.අයිස් තට්ටුව සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, අවශෝෂණය කරන ලද BMP-TFSI අණු බොහෝ දුරට නිශ්චල යැයි සැලකේ, එමඟින් සිලිකා මතුපිට ඝන-සමාන අයිස් තට්ටුව දිගු කරයි.TFSI ඇනායනට සමමිතික O═S═O කාණ්ඩයක් ඇති බැවින්, එක් ඔක්සිජන් පරමාණුවකට හයිඩ්‍රොක්සිලේටඩ් සිලිකා මතුපිට සමඟ අන්තර්ක්‍රියා කළ හැකි අතර අනෙක BMP කැටායන සඳහා ඇලවීමේ ලක්ෂ්‍ය සාදයි.TFSI ඇනායනට O═S═O කාණ්ඩ දෙකක් ද ඇත, එය ඇනායන ඒකස්ථරයෙහි ස්ථිර අවශෝෂණය සහ ඝන පිළිවෙළ සහතික කරයි.විභව ඇලවීමේ ස්ථාන ලෙස OH-කණ්ඩායම්වල ඉහළම ඝනත්වය සහිත ඝන අයිස් තට්ටුවක් සම්බන්ධයෙන් Adsorption වඩාත් කාර්යක්ෂම වේ.silanol කණ්ඩායම් පමණක් ඉදිරියේ, adsorption අඛණ්ඩ adsorbate ස්ථරයක් සෑදීමට තරම් ශක්තිමත් නොවිය හැක.මීට අමතරව, අයිස් ඒකස්ථර ගණන වැඩි වීම හයිඩ්‍රජන් බන්ධනයේ (35) ප්‍රබලතාව වැඩි කරන බව දන්නා කරුණකි.BMP කැටායන සහ ඇණවුම් කරන ලද TFSI ඒකස්ථරය අතර අණුක අන්තර්ක්‍රියා TFSI ඇනායනට භ්‍රමණ නිදහස ඇති අයනික ද්‍රවයේ ඇති ඒවාට වඩා වෙනස් වන අතර යටින් පවතින මතුපිටකින් ධ්‍රැවීකරණයක් නොමැති බව සලකන්න.විශාල BMP කැටායනයේ ආරෝපණය අභ්‍යන්තර බන්ධනවල ධ්‍රැවීකරණය සහ එහි රසායනික පරිසරය සමඟ අණුක අන්තර්ක්‍රියා සහ, විශේෂයෙන්, adsorbed TFSI ඇනායන මගින් බොහෝ පරමාණු පුරා බෙදා හරිනු ලැබේ.TFSI ඇනායනයේ O-කණ්ඩායම සහ අයිස් තට්ටුවේ OH-අවසන් වීම අතර H-බන්ධනය දැන් පළමු අවශෝෂක ස්ථරයට උඩින් ඩයිපෝලයක් හඳුන්වා දෙයි, ආශ්‍රිතව තවදුරටත් අණුක අනුපිළිවෙල ඇති කරයි.මෙම අවස්ථාවෙහිදී, කුඩා Li-TFSI අණු අණුක ස්තරය මත අවශෝෂණය කරන අතර TFSI ඇනායන දැන් ඉහළ ස්ථරයේ ඇති BMP කැටායන එකක හෝ කිහිපයක අවශේෂ ධන ද්විධ්‍රැව ආරෝපණයට වන්දි ලබා දෙන බව විශ්වාස කෙරේ, එබැවින් එහි Li සමඟ ඇති සම්බන්ධය ලිහිල් වේ. අයන.මේ ආකාරයට, මෙම අතුරුමුහුණතේ නිදහස් Li+ සාන්ද්‍රණය වැඩි වන අතර එමඟින් අයන සන්නායකතාවය ඉහළ යයි.එබැවින්, ඝන සහ ඝන අයිස් තට්ටු මගින් වන්දි ගෙවීම සඳහා වැඩි අවශේෂ ආරෝපණයක් සහිත විශාල ඩයිපෝලයක් හඳුන්වා දෙන අතර, සමානුපාතිකව ඉහළ නිදහස් Li+ සාන්ද්‍රණයක් ලබා දෙන අතර එමඟින් අයන සන්නායකතාවයද ලැබේ.

adsorbed ILE ස්ථරයට ඉහලින්, තවත් ILE ස්ථරයකට සිලිකා මත ඇති අයිස් බහු ස්ථර වලට සමානව අවශෝෂණය කරගත හැක, නැතහොත් අයිස් තට්ටුවේ ඩයිපෝල් ඇදීම ඉතා දුර්වල වන අතර සැහැල්ලුවෙන් බැඳුනු ILE එකක් ඉහලින් ඇති අතර, එමගින් ද්‍රව-සමාන සන්නයනය සැපයිය හැක. Li+ අයන පහළ adsorbed ස්තරය තුළ නිකුත් වේ (රූපය 4C).නිදහස් Li+ අයන සාන්ද්‍රණය වෙනස් වීම NMR සහ රමන් වර්ණාවලීක්ෂ මිනුම් දෙකෙන්ම තහවුරු විය.රාමන් මිනුම් වක්‍රව පෙන්නුම් කරන්නේ නිදහස් Li+ අයන විශාල කොටසක් සිලිකාවට බැඳුනු වැඩි අයිස් ජල ස්ථර සහිත නැනෝ-SCE තුළ ඇත්ත වශයෙන්ම පවතින බවයි (රූපය 5).රමන් විසින් TFSI ඇනායනයේ N-කණ්ඩායමේ කම්පනය පිරික්සීමෙන් TFSI සමඟ කැටායන සම්බන්ධය මනිනු ලබයි (36).පිරිසිදු BMP-TFSI අයනික ද්‍රවයේ, 741 cm−1 හි තනි උච්චයක් පමණක් දක්නට ලැබේ.පිරිසිදු ILE සම්බන්ධයෙන්, TFSI ඇනායන දෙකක් තනි Li+ අයනයක් සමඟ සම්බන්ධීකරණය කරන 746 cm−1 හි අතිරේක උච්චයක් දක්නට ලැබේ [ද්‍රව්‍ය සහ ක්‍රමවල ඝනත්ව ක්‍රියාකාරී න්‍යාය (DFT) ගණනය කිරීම් බලන්න].සියලුම නැනෝ-SCE සඳහා, 746 cm−1 හි උපරිම තීව්‍රතාවය ILE සඳහා වඩා දුර්වල වන අතර, එය ආශ්‍රිත Li-TFSI හි කුඩා කොටසක් සහ ඒ අනුව, සම්බන්ධ නොවූ හෝ නිදහස් Li+ කැටායන විශාල කොටසක් පෙන්නුම් කරයි.ඉහළම සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කරන නැනෝ-SCE සඳහා, එනම් ඝනම අයිස් තට්ටුවක් ඇති අය සඳහා උච්චය විශාල ලෙස අඩු වේ.අත්වැසුම් පෙට්ටියේ සමතුලිතතාවයේ නැනෝ-SCE සඳහා, තවමත්, රික්ත-නිර්මාණය කරන ලද සාම්පලවලට වඩා බෙහෙවින් කුඩා වුවද නිදහස් Li+ හි කොටසක් මනිනු ලැබේ.746 ට වැඩි 741 cm−1 රමන් මාරුවීම් සඳහා උච්ච තීව්‍රතාවයේ අනුපාතය TFSI-ආශ්‍රිත Li-ion වලට නිදහස් අනුපාතයේ මිනුමක් වේ (රූපය 5B).x අගය සහිත නිදහස් Li+ අයන භාගයේ රේඛීය වැඩි වීම, රික්ත වියළන ලද නැනෝ-SCE (දින 0) සහ අත්වැසුම් පෙට්ටියේ වියළි බව (දිනය) සමතුලිතව SCE යන දෙකෙහිම, රූප සටහන 3B හි x අගය සමඟ සන්නායකතා වැඩිදියුණු කිරීමේ ප්‍රවණතාව මනාව අනුගමනය කරයි. 138).

(A) 0.5 (කොළ), 1.5 (කහ) x අගයන් සහිත සකස් කළ නැනෝ-SCE (රික්ත වියළන ලද) හි අයනික ද්‍රවයක (IL; තිත් සහිත නිල් රේඛාව) සහ ILE යොමු (ILE; ඩෑෂ්-තිත් රේඛාව) රාමන් වර්ණාවලි , සහ 2 (දුඹුරු) සහ නැනෝ-SCE (x = 1.5) අමතර වශයෙන් අත්වැසුම් පෙට්ටියක දින 30 ක් හෝ 0.0005% RH (රතු) ට ආසන්න සන්තෘප්තියට වියළා ඇත.සිරස් රේඛා මගින් TFSI සඳහා රමන් මාරුව ලේබල් කරන අතර එහි N මධ්‍යස්ථානය Li+ (746 cm−1) වෙත සම්බන්ධීකරණය කර ඇති අතර Li+ (741 cm−1) ට සම්බන්ධීකරණය කර නොමැත.(B) නැනෝ-SCE හි සම්බන්ධීකෘත Li+ වලට නොමිලේ අනුපාතය සංස්ලේෂණය කරන ලද (රික්ත වියළන ලද, කළු කව) සහ අමතර වශයෙන් දින 30 ක් (නිල් දියමන්ති) 0.0005% RH සහිත අත්වැසුම් පෙට්ටිවල වියළන ලද අතර එය ඒකාබද්ධ තීව්‍රතාවයේ අනුපාතයට අනුරූප වේ. රාමන් කඳු මුදුන් (746 cm−1 ට වඩා 741 cm−1).(C) නැනෝ-SCE (රතු දියමන්ති) හි PFG-NMR-ව්‍යුත්පන්න Li+ ස්වයං විසරණ සංගුණකය සහ ILE ref.(කළු කොටු) ශ්‍රේණියේ චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ස්පන්දන අතර පරතරයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස.රාමන් වර්ණාවලි පිළිබඳ න්‍යායාත්මක මුදුන් DFT ගණනය කිරීම භාවිතයෙන් අනුකරණය කරන ලදී.

ස්පන්දන ක්ෂේත්‍ර අනුක්‍රමය NMR (PFG-NMR) වෙතින්, විවිධ ජංගම Li-ion විශේෂවල ස්වයං-විසරණ සංගුණකය ILE ද්‍රව යොමුව සඳහා සහ නැනෝ- සඳහා ශ්‍රේණියේ චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ස්පන්දන ∆ අතර පරතරයේ ශ්‍රිතයක් ලෙස තීරණය කරන ලදී. SCE (x = 1.5) එකම අයන සන්නායකතාවය 0.6 mS/cm (Fig. 5C).ILE යොමුවේ Li+ ස්වයං-විසරණ සංගුණකය නියත වූ අතර, ද්‍රවයේ ඇත්තේ ඉතා සමාන සංචලතාවක් ඇති Li විශේෂ එකක් හෝ කිහිපයක් පමණක් බව පෙන්නුම් කරයි.නැනෝ-SCE සඳහා, ස්වයං-විසරණ සංගුණකය ∆ සමඟ වෙනස් වූ අතර කෙටි ∆ හි ILE ඉක්මවා ගිය අතර, චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ස්පන්දන අතර කෙටි කාල පරාසයන් තුළ පමණක් ප්‍රතිචාර දක්වන වේගයෙන් චලනය වන විශේෂ පවතින බව පෙන්නුම් කරයි.ස්වයං-විසරණ සංගුණකයේ අනුක්‍රමය යෝජනා කරන්නේ රාමන් වර්ණාවලීක්ෂයෙන් අනුමාන කළ පරිදි නිදහස් Li-අයන සාන්ද්‍රණයේ වැඩිවීමට පසුව, විසරණය සඳහා සක්‍රීය කිරීමේ ශක්තිය මෙසොෆේස් අතුරුමුහුණත් ස්ථරයේ ද පහත වැටෙන බවයි.මෙය මෙසොෆේස් ස්තරයේ (වැඩි) නිදහස් Li+ අයන මගින් හඳුන්වා දුන් සන්නායකතාව වැඩි දියුණු කිරීමට සහාය වේ.දිගු ∆ දී, ස්වයං-විසරණ සංගුණකය ILE යොමුවට වඩා අඩු විය.මෙය ILE හා සසඳන විට අත්වැසුම් පෙට්ටිය-සංතෘප්ත නැනෝ-SCE සඳහා ඉතා අඩු අයන සන්නායකතාවය සනාථ කරයි.අණුක චලනය සීමා කිරීම හේතුවෙන් මෙසෝපෝර් වල හරය තුළ සීමා වී ඇති ILE ඉහළ දුස්ස්රාවීතාවයක් ඇත.එබැවින්, සිලිකා/අයිස්/ILE අතුරුමුහුණතෙහි වඩා වේගවත් විසරණය වන Li-අයන නිර්මාණය කිරීමෙන් වැඩි දියුණු කිරීම සිදුරුවල හරයේ සන්නායකතාවය අඩුවීම සඳහා වන්දි ගෙවීමට සිදුවේ.අතුරුමුහුණත් ප්‍රමාණවත් අයන සන්නායක ප්‍රවර්ධනයක් ලබා නොදෙන අංශු මත පදනම් වූ පද්ධතිවල වැඩිදියුණු කිරීම් නොමැතිකම මෙය පැහැදිලි කරයි (fig. S1).

ලිතියම් ලෝහයට එරෙහිව නැනෝ-SCE හි විද්‍යුත් රසායනික ස්ථායීතාවය ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තුනක සැකසුමකින් පරීක්‍ෂා කරන ලදී (පිහිටුවීමේ ක්‍රමලේඛය fig. S7 හි පෙන්වා ඇත).Li/SCE (x = 1.5) සහ Li/ILE අර්ධ-සෛලයේ වත්මන් විභව ලක්ෂණය Fig. 6A හි පෙන්වා ඇත.රූපය 2 හි විද්යුත් රසායනික කවුළුව සඳහා, විද්යුත් රසායනය ILE ෆිලර් මගින් සීමා වේ.ආපසු හැරවිය හැකි ලිතියම් ආලේපනය සහ ඉවත් කිරීම නිරීක්ෂණය කරනු ලැබේ.0.9 kg-ohm·cm2 පමණ RSEI සහිත ලෝහ ලිතියම් හි ස්ථායී ඝන විද්‍යුත් විච්ඡේදක අතුරුමුහුණත (SEI) ස්ථරයක් සෑදී ඇත, එය කැතෝඩික් සහ ඇනෝඩික් යන දෙපසම iU වක්‍රයේ විශාල IR පහත වැටීමට වගකිව යුතුය.පිරිසිදු ILE ද්‍රාවණවල ඇති කැතෝඩික් ධාරාව −2.5 mA/cm2 දක්වා කිසිදු හිස්ටෙරෙසිස් නොපෙන්වයි.කෙසේ වෙතත්, ඇනෝඩික් ද්‍රාවණය 0.06 mA/cm2 පමණක් වන ස්ථාවර තත්වයේ ඇනෝඩික් ධාරාවක් සහිත උදාසීන උච්චයක් පෙන්නුම් කළේය.ඝන-ඝන Li/SCE අතුරුමුහුණතෙහි ඇති කැතෝඩික් ධාරා ශාඛාව -0.5 mA/cm2 ට අඩු කැතෝඩික් ධාරා සඳහා හිස්ටෙරෙසිස් නොපෙන්වයි.කෙසේ වෙතත්, SEI හි ප්‍රතිරෝධය දෙගුණයක් පමණ විය.ඒ හා සමානව, ඇනෝඩික් උච්චය අඩු වූ අතර ඇනෝඩික් නිෂ්ක්‍රීය උච්චයෙන් පසු ස්ථාවර-තත්ත්ව ධාරාව 0.03 mA/cm2 විය, එය පිරිසිදු ILE ද්‍රාවණයෙන් අඩක් පමණි.SCE හි සිදුරු වල SEI සහ passivation ස්ථර සෑදීම ලිතියම් ලෝහයේ ධාරාව සීමා කරයි.Li/ILE සහ Li/SCE ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සඳහා වන වෝල්ටම්මෝග්‍රෑම් දෙකම බහු චක්‍ර මත ප්‍රතිනිෂ්පාදනය විය, ඇනෝඩික් නිෂ්ක්‍රීය ස්තරය සහ රසායනික SEI ස්ථරය ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි සහ ස්ථායී බව පෙන්නුම් කරයි.Li/SCE අතුරුමුහුණතෙහි ඇති මන්දගාමී විසර්ජන චාලක විද්‍යාව පහත Li ලෝහ ඇනෝඩ වලින් සාදන ලද අර්ධ සෛලවල ක්‍රියාකාරිත්වය දැඩි ලෙස සීමා කරයි.

(A) නැනෝ-SCE (x = 1.5, රික්ත වියලීමෙන් පසු සංස්ලේෂණය කරන ලද පරිදි) (රතු) සහ ILE යොමු (කළු) හි චක්‍රීය වෝල්ටම්මෝග්‍රෑම් Li සමඟ ක්‍රියාකාරී, කවුන්ටරය සහ විමර්ශන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ලෙස මනින ලද (SEI ප්‍රතිරෝධය ඇස්තමේන්තු කර ඇත. කැතෝඩික් ධාරාව මත IR පහත වැටීම ILE සහ SCE සඳහා පිළිවෙලින් 0.9 සහ 1.8 kg-ohm·cm2 වේ).(B) 1C, 5C, සහ 20C C-අනුපාත යටතේ චක්‍ර පහක් සඳහා Li/SCE (x = 1)/100-nm තුනී පටල LiMn2O4 සෛලයේ ගැල්වනික් ආරෝපණ/විසර්ජන වක්‍ර.(C) Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 සහ Li/SCE/30-μm LiFePO4 කුඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සෛලවල (1 mV/s) චක්‍රීය වෝල්ටම්මෝග්‍රෑම්.(D) Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 කුඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ ගැල්වනික් ආරෝපණ/විසර්ජන වක්‍ර 1C, 0.1C, 0.2C, සහ 0.02C.(E) 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, සහ 0.01C හි Li/SCE/30-μm LiFePO4 කුඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ ගැල්වනික් ආරෝපණ/විසර්ජන වක්‍ර.(F) Li/SCE/30-μm LiFePO4 කුඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ චක්‍ර අංකයට එදිරිව ධාරිතාවය (ඩිලිතියේෂන් සඳහා පිරවූ දියමන්ති සහ ලිතියේෂන් සඳහා විවෘත කොටු);සෛල තුළ SCE ඝණකම 280 μm පමණ වේ.LFP සහ LTO කැතෝඩයේ ඝනත්වය පිළිවෙලින් 1.9 සහ 11.0 mg/cm2 පමණ වේ.(G) 0.1, 0.2, 0.5, සහ 0.1 mA/cm2 ධාරා ඝනත්වයකින් චක්‍රීය කරන ලද Li/SCE/Li තොගයක විභව එදිරිව කාල වක්‍ර.(H) (G) හි පෙන්වා ඇති 0.1 mA/cm2 දී අවධාරණය කරන ලද Li/SCE/Li තොගයේ 1 වන, 10 වන, 125 වන සහ අවසාන ධ්‍රැවීකරණය.(G) සහ (H) සඳහා, SCE සන්නායකතාව 0. 34 mS/cm වන අතර, SCE පෙති වල ඝණකම 0.152 cm වේ.

100-nm LiMn2O4 (LMO) තුනී පටලයක් නැනෝ-SCE සහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යවල ස්ථායීතාවය පරීක්ෂා කිරීම සඳහා ආදර්ශ ධනාත්මක ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් ලෙස භාවිතා කරන අතරම අංශු සංයුක්ත ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල විභව අතුරුමුහුණත් ගැටළු ඉවත් කරයි (37).තුනී පටල ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ/SCE තොගයේ පාපැදි ක්‍රියාකාරීත්වය ඉලෙක්ට්‍රෝඩය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝලය අතර අතුරු මුහුණතේ ස්ථායිතාව පෙන්නුම් කරයි.මෙම ආකෘතියේ තුනී පටල සැකසුමේදී, ඉලෙක්ට්‍රෝලය සහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය අතර ඇත්තේ එක් තනි, හොඳින් නිර්වචනය කර ඇති සහ සමතල අතුරුමුහුණත් සම්බන්ධතාවයක් පමණි, එනම්, පරිමාව වෙනස් වීමේ ගැටළු නොමැතිව විද්‍යුත් විච්ඡේදක/ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අතුරුමුහුණතේ විද්‍යුත් රසායනය අධ්‍යයනය කිරීමට එය කදිම වේදිකාවකි. , ආදිය. එසේම මෙම අත්හදා බැලීමේ දී, වත්මන් ඝනත්වය (1C සඳහා 6 μA/cm2) ලිතියම් අර්ධය සඳහා ස්ථායී-තත්ත්ව ඇනෝඩික් ධාරා සානුවට වඩා අඩු බැවින්, Li-foil counter ඉලෙක්ට්‍රෝඩයෙන් අනුපාත ක්‍රියාකාරීත්වය සීමා නොවේ. සෛලය (0.03 mA/cm2).චක්‍ර 20කට වැඩි කාලයක් සඳහා 1 සහ 20C අතර C-අනුපාත සඳහා 4.3 V හි කැපුම් වෝල්ටීයතාවයක් සඳහා ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කළ හැකි සහ ස්ථායී ආරෝපණ/විසර්ජන වක්‍ර ලබා ගනී (රූපය 6B).LiB සඳහා ද්රව ඉලෙක්ට්රෝලයක LMO අස්ථායී වේ.උදාහරණයක් ලෙස, LiClO4/propylene කාබනේට් ඉලෙක්ට්‍රෝලයක 1C (37) හි චක්‍ර 10ක් සඳහා ආරෝපණය කරන ලද 100-nm LMO පටලයක් මත 50% ක ධාරිතාව අඩුවීමක් නිරීක්ෂණය විය.අපගේ ප්‍රතිඵල පෙන්නුම් කරන්නේ නැනෝ-SCE සාමාන්‍ය ද්‍රව විද්‍යුත් විච්ඡේදකයකට වඩා LMO සමඟ වඩාත් ගැළපෙන බවයි.

නැනෝ-SCE ඒකාබද්ධ කිරීම ප්‍රදර්ශනය කිරීම සඳහා, අපි Li4Ti5O12 (LTO) සහ LiFePO4 (LFP) කුඩු ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සහිත අර්ධ-සෛල ද සකස් කළෙමු.සිදුරු සහිත ඉලෙක්ට්‍රෝඩ කාවැද්දීම සඳහා පූර්වගාමී ද්‍රාවණය කාසි සෛලය තුළට හෙළන ලද අතර නැනෝ-SCE පෙති සඳහා මෙන් වියළා රික්ත-නිර්මාණය කිරීමට පෙර ඒවා තවදුරටත් ජෙලීකරණය කිරීම සඳහා තබන ලදී.සෛල මගින් අනුරූප ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වල ලාක්ෂණික ලිතියේෂන්/ඩිලිතියේෂන් පෙන්වයි (රූපය 6C).LTO ට වඩා LFP සඳහා අඩු උච්ච ධාරාවන් ආෙල්පන ඝණකමෙහි වෙනස නිසාය.ආරෝපණ/විසර්ජන මිනුම් වලදී අනුපාත කාර්ය සාධනය 30-40-μm-ඝන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ආලේපන (රූපය 6, D සහ E) මත පිහිටුවා ඇති නැනෝ-SCE ස්ථරය මත එබූ Li-foil කවුන්ටර ඉලෙක්ට්‍රෝඩය මගින් සීමා කර ඇත.LTO/nano-SCE/Li සෛලය එහි උපරිම ධාරිතාව 160 mA·hour/g වෙත ළඟා වූයේ 0.02C වැනි අඩු C-අනුපාතයකින් පමණි (රූපය 6D).0.1C ට වඩා විශාල C අනුපාත සඳහා 10% ට වඩා අඩු C- අනුපාතයක් සමඟ ප්‍රවේශ විය හැකි ධාරිතාව වේගයෙන් පහත වැටේ.ඒ හා සමානව, LFP/SCE/Li සෛලය එහි උපරිම ධාරිතාව 140 mA·hour/g පමණ 0.01C ට ළඟා විය (රූපය 6E).රූප සටහන 6F මගින් ස්ථායී සෛල වින්‍යාසය විදහා දක්වමින් සම්පූර්ණ චක්‍ර 30ක් සඳහා අනුපාත කාර්ය සාධනය පෙන්වයි.මෙම අත්හදා බැලීම් මගින් Li-ion ඉලෙක්ට්‍රෝලය ලෙස නැනෝ-SCE ක්‍රියාකාරීත්වය සහ Li-ion සෛල තුළ ඒකාබද්ධ කිරීමේ ශක්‍යතාව පෙන්නුම් කරයි.

Li/SCE/Li සමමිතික අට්ටිය භාවිතයෙන් නැනෝ-SCE හි ස්ථායීතාවය හෝ චක්‍රීය බව පරීක්ෂා කරන ලදී.එය කිසිදු ගැටළුවක් හෝ ඩෙන්ඩ්‍රයිට් සෑදීමකින් තොරව පැය 0.5 (රූපය 6G) සඳහා 0.1 mA/cm2 වත්මන් ඝනත්වය යටතේ චක්‍ර 120 කට වඩා වැඩි කාලයක් චක්‍රීය කර ඇත (රූපය 6H).ධ්‍රැවීකරණ වෝල්ටීයතාවය කාලයත් සමඟ කුඩා විය, එය සම්බන්ධතා වැඩිදියුණු කිරීම පෙන්නුම් කරයි.එපමනක් නොව, සෛලය ලිතියම් ඩෙන්ඩ්රයිට් හෝ නැනෝ-SCE හෝ අතුරු මුහුණත පිරිහීමේ සලකුණු නොමැතිව, 0.5 mA/cm2 වත්මන් ඝනත්වය දක්වා අවධාරණය කරන ලදී (රූපය 6G).ලෝහමය ලිතියම් BMP-TFSI මත පදනම් වූ ILEs (27) හි එහි මතුපිට ආරක්ෂිත අතුරු ස්තරයක් හෝ SEI සාදනු ලැබේ.මෙම ප්‍රතික්‍රියාව ලිතියම්/නැනෝ-SCE අතුරුමුහුණතෙහිද සිදුවේ;Fig. 6A යටතේ සාකච්ඡා කර ඇති පරිදි, SEI සිදුරු තුළ තරමක් වර්ධනය විය හැකි අතර, ILE ට වඩා නැනෝ-SCE සඳහා ඉහළ SEI ප්‍රතිරෝධය පැහැදිලි කරයි (ඉහත බලන්න).SEI ස්ථරයක් සඳහා සාධනය IR වර්ණාවලියෙන් ලබා ගන්නා ලදී (fig. S9).සම්භාව්‍ය LiB හි ඇති SEI ආලේපනයකට සමානව, ද්‍රව ඉලෙක්ට්‍රෝලය වෙතින් ග්‍රැෆයිට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය තවදුරටත් ප්‍රතික්‍රියා වළක්වා ගනිමින් තිරගත කරයි, මෙහි ඇති SEI ද අයිස් ජල තට්ටුව ලෝහ ලිතියම් ඇනෝඩයෙන් තවදුරටත් ප්‍රතික්‍රියා වලින් ආරක්ෂා කරන බව අපි විශ්වාස කරමු.පැය 10 ක් සඳහා Li/nano-SCE (x = 1.5) ධ්‍රැවීකරණයට පෙර සහ පසු සම්බාධක වර්ණාවලි තොග ඉලෙක්ට්‍රෝලය ප්‍රතිරෝධයේ කිසිදු වෙනසක් නොපෙන්වයි.ලිතියම් ලෝහයෙන් නැනෝ-SCE මන්දගාමී වියළීම බැහැර කිරීම සඳහා දිගු පාපැදි කාර්ය සාධන මිනුම් අවශ්‍ය වනු ඇත, නමුත් මෙම ප්‍රතිඵල දැනටමත් ලිතියම් ලෝහ මත පදනම් වූ ඝණ-තත්ත්ව බැටරිවල SCE හි විශිෂ්ට චක්‍රීය හැකියාව සඳහා එහි විභවය පෙන්නුම් කරයි.එසේ වුවද, අතුරු මුහුණත සම්බාධනය සම්පූර්ණයෙන් වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා කෘතිම අතුරු ආවරණ ආලේපන සලකා බැලිය හැකිය.

OH-අවසන් වූ සිලිකා පෘෂ්ඨ මත රසායනික ද්‍රව්‍ය සහිත ජල ස්ථරයක් හඳුන්වාදීම හරහා සිලිකා අතුරුමුහුණත්වල අයන සන්නායක ප්‍රවර්ධනය සාක්ෂාත් කරගත හැකි බව අපි පෙන්වා දී ඇත්තෙමු.සමමිතික O═S═O කාණ්ඩය සමඟ හයිඩ්‍රජන් බන්ධනය හරහා මෙම ජල ක්‍රියාකාරී ස්තරය මත TFSI ඇනායන රසායන ද්‍රව්‍ය වේ.ජල මතුපිට ස්ථරය නිශ්චල වන අතර එබැවින් adsorbed TFSI ස්ථරය මතුපිටට සම්බන්ධ කරයි.විශාල BMP කැටායන TFSI ඒකස්ථරය සමඟ සම්බන්ධ වන අතර එමඟින් මතුපිට TFSI-BMP අණුක අනුපිළිවෙල හඳුන්වා දෙයි.ජලීය පරිසරයේ ඇති මන්දගාමී ජෙලීකරණය සහ සෙමින් වියළීම ක්‍රියාකාරී ජල ස්ථරය සහ ඊට ඉහළින් ඇති කාබනික අයනවල සංවිධිත ස්ථරය ඒකාබද්ධව ගොඩනැගීමට උපකාරී වන බව අපි විශ්වාස කරමු.පළමු TFSI ඇනායන ස්ථරය එහි සෘණ ආරෝපණයෙන් කොටසක් හයිඩ්‍රොක්සිලේටඩ් සිලිකා සමඟ බෙදා ගන්නා බැවින්, ඉහළින් ඇති BMP කැටායන ස්ථරය වෙනත් TFSI ඇනායනයක් සමඟ සම්බන්ධ වීමට බලාපොරොත්තු වේ, එමඟින් බහු BMP හට ඔවුන්ගේ වන්දි නොකළ ආරෝපණ TFSI එකක් සමඟ බෙදා ගත හැකිය (අනුමාන වශයෙන් තුනේ සිට එක දක්වා ILE හි IL සහ Li-TFSI අනුපාතය).Li-TFSI ලවණ අණු වලට ආසන්නතම ප්‍රවේශය ඇති බැවින්, Li+ අයන විඝටනය වී මෙම අතුරුමුහුණත් ස්තරය ඔස්සේ වේගවත් විසරණය සඳහා නිදහස් වේ.වැඩිදියුණු කළ සන්නායකතාව සඳහා, මෙම නිදහස් Li+ විශේෂවලට ගමන් කිරීමට අවම වශයෙන් එක් අතිරේක අයනික ද්‍රව ස්ථරයක් අවශ්‍ය වේ.මෙම හේතුව නිසා, ILE පරිමාව/සිලිකා පෘෂ්ඨ ප්‍රදේශය එක් සංවෘත ඒකස්තරයක් සඳහා පමණක් ප්‍රමාණවත් වන බැවින්, 0.5 අඩු x අගයක් සහිත නැනෝ-SCE වැඩිදියුණු කළ සන්නායකතාවක් නොපෙන්වයි.

ඝන-සමාන මතුපිට ජලය හෝ අයිස් තට්ටුව විද්යුත් රසායනිකව ක්රියාකාරී නොවන බව තවදුරටත් පෙන්වා දෙන ලදී.මෙම අවස්ථාවෙහිදී, ඉලෙක්ට්රෝඩ මතුපිට සමඟ සෘජු ස්පර්ශ වන අයිස් ජලය ප්රතික්රියා නොකරන බව අපට බැහැර කළ නොහැකිය.කෙසේ වෙතත්, මතුපිට ජලය පිටතට විසරණය වීම මන්දගාමී වන අතර එමඟින් හඳුනා ගැනීම සඳහා චාලක වශයෙන් නොසැලකිය හැකි බව අපි පෙන්වා දුන්නෙමු.ජලය අපවිත්‍ර වීම කුඩා වුවත් එය සැමවිටම කනස්සල්ලට කරුණක් වන බව අපි වටහාගෙන ඇති අතර ජලය ප්‍රමාණවත් ලෙස බැඳී ඇත්ද යන්න පිළිබඳව නිශ්චිත පිළිතුරක් සැපයිය හැක්කේ දිගු ජීවන චක්‍ර පරීක්ෂණවලට පමණි.කෙසේ වෙතත්, සමාන හෝ ඊටත් වඩා විශාල මතුපිට ප්‍රවර්ධනයක් ලබා දෙන අනෙකුත් ක්‍රියාකාරී මතුපිට ස්ථර දැන් සංවර්ධනය කළ හැක.මේ සම්බන්ධයෙන්, Li කණ්ඩායම දැනටමත් ක්රියාකාරී කණ්ඩායමක් (18) ලෙස glycidyloxypropyl ස්ථරයේ විභවය පෙන්නුම් කර ඇත.අයිස් ජලය සිලිකාවේ නිජබිම වන අතර එබැවින් මෙහි සාර්ථකව පෙන්නුම් කළ පරිදි අයන සන්නායක ප්‍රවර්ධනය ක්‍රමානුකූලව මතුපිට ක්‍රියාකාරීත්වයේ බලපෑම අධ්‍යයනය කිරීමට ඉතා සුදුසුය.මීට අමතරව, මෙසොෆේස් ස්තරය සහ එහි ඩයිපෝලය ඔක්සයිඩ් සහ අවශෝෂණය කරන ලද කාබනික අණු මත රඳා පවතින අතර එමඟින් දෙකටම සුසර කළ හැකිය.රසායනාගාරයේදී, අපි දැනටමත් විවිධ අයනික ද්රව සඳහා අයන සන්නායක ප්රවර්ධනයේ විශාල වෙනස්කම් පෙන්වා ඇත.තවද, පෙන්වා දී ඇති මූලධර්මය අයන සන්නයනය සඳහා සාමාන්‍ය වන අතර එමඟින් විවිධ අයන පද්ධති සඳහා සුදුසු වේ, උදාහරණයක් ලෙස, සෝඩියම්, මැග්නීසියම්, කැල්සියම් හෝ ඇලුමිනියම් අයන බැටරි සඳහා.අවසාන වශයෙන්, මෙහි දක්වා ඇති අතුරුමුහුණත් සන්නයනය සහිත නැනෝකොම්පොසිට් ඉලෙක්ට්‍රෝලය තනි ද්‍රව්‍යයකට වඩා සංකල්පයක් වන අතර, එය අයන සන්නායකතාවය, ප්‍රවාහන අංකය, විද්‍යුත් රසායනික කවුළුව, ආරක්ෂාව සහ අනාගත බැටරි සෛල පරම්පරාවන් සඳහා අවශ්‍ය ගුණාංග සඳහා තවදුරටත් (නැනෝ) ඉංජිනේරුකරණය කළ හැකිය. .

නැනෝ-SCE සකස් කරන ලද්දේ සෝල්-ජෙල් ක්‍රමයක් භාවිතා කරමිනි.ලිතියම් bis (ට්‍රයිෆ්ලෝරෝමෙතිල්සල්ෆොනයිල්)ඉමයිඩ් Li-TFSI;සිග්මා-ඇල්ඩ්රිච්;99.95%), deionized H2O 0.5 ml, TEOS 0.5 ml (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich), 91.5%; PGME මිලි ලීටර් වීදුරු කුප්පියක මිශ්ර කර ඇත.මිශ්‍රණයේ [BMP][TFSI] සහ TEOS අතර මවුල අනුපාතය, x, 0.25 සහ 2 අතර වෙනස් විය. Li[TFSI] සහ [BMP][TFSI] වල මවුල අනුපාතය 0.33:1 ලෙස ස්ථාවර විය.Li[TFSI] සහ [BMP][TFSI] ප්‍රමාණයන් මෙම අනුපාතවලින් තීරණය කරන ලදී.උදාහරණයක් ලෙස, x = 1 විට, ද්‍රාවණයේ එකතු කරන ලද [BMP][TFSI] සහ Li[TFSI] පිළිවෙලින් 0.97 සහ 0.22 g වේ.මොනොෆැසික් ද්‍රාවණ සෑදීම සඳහා මිශ්‍රණ මිනිත්තු 1 ක් සොලවා ඇත.මෙම ද්‍රාවණ පසුව පිළිවෙළින් 25°C සහ 50% ලෙස උෂ්ණත්වය සහ RH% සකසා ඇති උෂ්ණත්වය සහ ආර්ද්‍රතාවය පාලනය කරන කුටියක (SH-641, ESPEC Corp.) ජෙල් සෑදීමට ඇවිස්සීමකින් තොරව සංවෘත කුප්පිවල ගබඩා කර ඇත.x මත පදනම්ව, මිශ්‍රණ පැහැදිලි ජෙල් සෑදීමට සාමාන්‍යයෙන් දින 5 සිට 9 දක්වා ගත විය.ජෙලේෂන් කිරීමෙන් පසු, 2.4-7.4-ml ජෙල් සහිත කුප්පි ප්‍රථමයෙන් 40 ° C දී තරමක් අඩු පීඩනයකින් (80 kPa) සම්පූර්ණ දින හතරක් වියළන ලද අතර පසුව 25 ° C දී පැය 72 ක් රික්ත උඳුනකට ගෙන යන ලදී.ඉතිරි තෙතමනය ඉවත් කරන ලද බැවින්, රික්තය ක්‍රමයෙන් 50 Pa පමණ ආරම්භක පීඩනයේ සිට දින 1 කට පමණ පසු 5 Pa දක්වා අවසාන නියත පීඩනය දක්වා අඩු විය.විශාල ජල ප්‍රමාණයක් සහ PGME ඉවත් කිරීමට සිදු වූ නිසා, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන SCE පෙති මුල් ජෙල් පරිමාවෙන් 20% (x = 0.5) සිට ~50% (x = 2) දක්වා අඩු වී ඇත.ලැබෙන ජෙල් වල බර අර්ධ ක්ෂුද්‍ර සමතුලිතතාවයකින් මනිනු ලැබේ (SM 1245Di-C, VWR).

TGA නයිට්‍රජන් යටතේ Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) මත සිදු කරන ලදී.මිනුම් අතරතුර, සාම්පල 2 ° C / min තාපන අනුපාතයකින් 700 ° C දක්වා රත් කර ඇත.FTIR වර්ණාවලීක්ෂය Bruker Vertex 70 භාවිතා කරමින් තරංග අංකය 4000 සිට 400 cm−1 දක්වා සම්ප්‍රේෂණ ආකාරයෙන් සිදු කරන ලදී.ඔහු pycnometry සිදු කරන ලද්දේ Micromeritics AccuPyc II 1340 භාවිතා කරමිනි.

අයනික සන්නායකතාව මැනීම සඳහා, Ar-පුරවන ලද අත්වැසුම් පෙට්ටියක් (0.1-ppm H2O සහ 0.1-ppm O2) ඇතුළත මව් කුප්පියෙන් SCE හි කුඩා පරිමාවක් ගන්නා ලදී.SCE 23 μl පමණ පොලිටෙට්‍රාෆ්ලෝරෝඑතිලීන් (PTFE) වළල්ලක පුරවා මිලිමීටර් 4.34 අභ්‍යන්තර විෂ්කම්භයක් සහ මිලිමීටර් 1.57ක් උසින් පෙත්තක් සාදයි.පසුව මුද්දෙහි ඇති පෙති මල නොබැඳෙන වානේ (SS) තැටි දෙකක් (මි.මී. 0.2 ඝන; MTI) අතර සැන්ඩ්විච් කරන ලදී.1 MHz සිට 1 Hz දක්වා සංඛ්‍යාත පරාසයක 5 mV ක AC විස්තාරයක් සහිත PGSTAT302 (Metrohm) භාවිතයෙන් සම්බාධන මිනුම් සිදු කරන ලදී.අයන සන්නායකතාවය (σi) නිශ්චය කරන ලද්දේ නයික්විස්ට් බිම් කොටස්වල සැබෑ අක්ෂය සමඟ අධි-සංඛ්‍යාත අන්තර් ඡේදනයෙනි.සන්නායකතා මැනීමෙන් පසුව, නැනෝ-SCE පෙති අත්වැසුම් පෙට්ටිය තුළ තවදුරටත් වියළීමට ඉඩ දෙන ලදී.උෂ්ණත්වය යැපීම මැනීම සඳහා, SS/SCE/SS අට්ටි කාසි කොටුවක මුද්‍රා තබා ඇත.මුද්රා තැබීමෙන් පසුව, සන්නායකතාවය දින කිහිපයක් සඳහා නියතව පැවතුනි (Fig. S3 බලන්න).වැඩ කරන මාධ්‍යයක් ලෙස H2O/ethylene glycol භාවිතා කරමින් තාප ස්නානය සහිත තාප ජැකට් එකකින් කාසි කෝෂයේ උෂ්ණත්වය පාලනය කෙරේ.සෛල මුලින්ම -15 ° C දක්වා සිසිල් කර පසුව පියවරෙන් පියවර 60 ° C දක්වා රත් කරන ලදී.

සෑම නැනෝ-SCE පෙති වර්ගයකින්ම, පාලිත ආර්ද්‍රතාවය සහිත N2 පිරවූ අත්වැසුම් පෙට්ටියක් තුළ සෘජුවම විද්‍යුත් මිනුම් සඳහා 23 μl වළල්ලකට (4.34-මි.මී. අභ්‍යන්තර විෂ්කම්භය සහ 1.57-මි.මී. උස) ගෙන එන ලදී.SCE සමග මුද්ද පසුව SS තැටි දෙකක් (0.2 mm ඝන; MTI) අතර සැන්ඩ්විච් කරන ලදී.සම්බාධනය මැනීම PGSTAT302 (Metrohm) භාවිතා කරමින් AC විස්තාරය 5 mV සහ සංඛ්‍යාත 1 MHz සිට 1 Hz දක්වා Nova මෘදුකාංගය හරහා පාලනය කරන ලදී.ස්ථායීකරනය තෙක් සන්නායකතාවය නිරීක්ෂණය කිරීමට පෙර සාම්පල පැය 48 ක් සඳහා එක් එක් RH% අගයෙහි තබා ඇත.ලබා දී ඇති RH% අගය (σi) සඳහා ස්ථායී අයනික සන්නායකතාවය නිශ්චය කරන ලද්දේ නයික්විස්ට් බිම් කොටස්වල සැබෑ අක්ෂය සමඟ අධි-සංඛ්‍යාත අන්තර් ඡේදනයෙනි.

සියලුම විද්‍යුත් රසායනික මිනුම් සහ අදාළ නියැදි සකස් කිරීම විද්‍යුත් රසායනික ලක්ෂණ සඳහා කැප වූ ආගන් පිරවූ අත්වැසුම් පෙට්ටියක (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 සහ H2O මට්ටම්) සිදු කරන ලදී.

Li[BMP][TFSI] ILE සහිත සහ රහිත පෙති වල රූප විද්‍යාව SEM සමඟ 1.5 සිට 2.0 kV දක්වා තාප ෆිෂර් විද්‍යාත්මක Apreo මෙවලමක් භාවිතයෙන් පරීක්ෂා කරන ලද අතර එමඟින් T1 සහ T2 අනාවරකය සමාන්තරව ද්විත්ව අනාවරක රූපකරණ ආකාරයෙන් ක්‍රියා කරයි. සජීවී-රූප ගැලපීම්, සහ T2 අනාවරකය පෙන්වා ඇති SEM රූප පටිගත කිරීම සඳහා භාවිතා කරන ලදී;නියැදිය කාබන් සන්නායක පටි මත සවි කර ඇත.TEM 300 kV ක්‍රියාත්මක වන Tecnai භාවිතයෙන් සිදු කරන ලදී.

ILE වෙනස් ආකාර දෙකකින් SCE පෙති වලින් ඉවත් කරන ලදී.සිදුරු සහිත සිලිකා ලබා ගැනීම සඳහා එක් විකල්පයක් Li[BMP][TFSI] ILE නිස්සාරණය කිරීම සඳහා SCE පැය 12 ක් ඇසිටෝන් වල ගිල්වා ඇත.මෙම සේදීම තුන් වතාවක් නැවත නැවතත් සිදු කෙරේ.අනෙක් විකල්පය වූයේ SCE එතනෝල් වල පොඟවා ගැනීමයි.මෙම අවස්ථාවේ දී, එතනෝල් දියර CO2 විවේචනාත්මක ලක්ෂ්ය වියළුමක් භාවිතයෙන් ඉවත් කරන ලදී.

අධි විවේචනාත්මක වියළීම සඳහා විවිධ මෙවලම් දෙකක් භාවිතා කරන ලදී, එනම් Automegasamdri-916B, Tousimis (ක්‍රමය 1) සහ JASCO සංස්ථාව විසින් අභිරුචි-සාදන ලද මෙවලමක් (ක්‍රමය 2).පළමු මෙවලම භාවිතා කරන විට, වියලීමේ අනුපිළිවෙල ආරම්භ වූයේ උෂ්ණත්වය 8 ° C දක්වා අඩු වීමෙනි.පසුව, CO2 කුටිය හරහා පිරිසිදු කරන ලද අතර, පීඩනය 5.5 MPa දක්වා වැඩි කරන ලදී.පහත පියවරේදී, CO2 සෙල්සියස් අංශක 41 දක්වා රත් කර, පීඩනය 10 MPa දක්වා වැඩි කර, විනාඩි 5 ක් සඳහා තබා ඇත.නිගමනය කිරීම සඳහා, ලේ ගැලීමේ පියවරේදී, විනාඩි 10 ක කාල පරාසයක් තුළ පීඩනය අඩු විය.අභිරුචි සාදන ලද මෙවලම භාවිතා කරන විට, සමාන අනුපිළිවෙලක් අනුගමනය කරන ලදී.කෙසේ වෙතත්, කාලය සහ පීඩනය සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් විය.පිරිසිදු කිරීමේ පියවරෙන් පසු, පීඩනය 70 ° C උෂ්ණත්වයකදී 12 MPa දක්වා වැඩි කර පැය 5 සිට 6 දක්වා කාලයක් පවතී.පසුව, පීඩනය 12 සිට 7 MPa දක්වා, 7 සිට 3 MPa දක්වා සහ 3 සිට 0 MPa දක්වා කාල පරාසයන් තුළ පිළිවෙලින් 10, 60 සහ 10 විනාඩි කාල පරාසයන් තුළ අඩු විය.

Micromeritics 3Flex පෘෂ්ඨික ගුනාංගීකරන විශ්ලේෂකය භාවිතයෙන් නයිට්‍රජන් භෞතද්‍රව්‍ය සමාවයවිකතාව T = 77 K හිදී මනිනු ලැබේ.ලබාගත් සිදුරු සහිත සිලිකා 0.1-mbar රික්තයක් යටතේ 100 ° C දී පැය 8 ක් සඳහා වායුව ඉවත් කරන ලදී.අධි විවේචනාත්මක වියළීමකින් ලබාගත් සිදුරු සහිත සිලිකා 0.1-mbar රික්තයක් යටතේ 120 ° C දී පැය 18 ක් සඳහා වායුව පිට කරන ලදී.පසුව, Micromeritics TriStar 3000 ස්වයංක්‍රීය වායු අවශෝෂණ විශ්ලේෂකය භාවිතයෙන් නයිට්‍රජන් භෞතද්‍රව්‍ය සමාවයවිකතාව T = 77 K හිදී මනිනු ලැබීය.

PFG-NMR මිනුම් JEOL JNM-ECX400 භාවිතයෙන් සිදු කරන ලදී.විසරණ මිනුම් සඳහා උත්තේජනය කරන ලද echo ස්පන්දන අනුපිළිවෙල භාවිතා කරන ලදී.සාමාන්‍යකරණය වූ echo signal attenuation, E, සමීකරණයේ (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) විස්තර කර ඇති මෙහි g යනු ශ්‍රේණියේ ස්පන්දනයේ ප්‍රබලතාවය වන අතර, δ යනු ශ්‍රේණියේ කාලසීමාවයි. ස්පන්දනය, ∆ යනු ශ්‍රේණියේ ස්පන්දනවල ප්‍රමුඛ දාර අතර පරතරය, γ යනු චුම්භක අනුපාතය වන අතර D යනු අණු වල ස්වයං-විසරණ සංගුණකය වේ.ස්වයං-විසරණ සංගුණක ඇස්තමේන්තු කර ඇත්තේ Eq සමඟ ∆ වෙනස් කිරීමෙන් ලබාගත් echo සංඥා සවි කිරීමෙනි.1. ලිතියම් අයනයේ විසරණ සංගුණකය තීරණය කිරීම සඳහා 7Li තෝරා ගන්නා ලදී.සියලුම මිනුම් 30 ° C දී සිදු කරන ලදී.

රමන් වර්ණාවලීක්ෂ සැකසුම යනු ආගන් අයනයක් භාවිතා කරමින් 458-nm ලේසර් උත්තේජක ආලෝකයකට සුසර කළ හැකි ගෘහස්ථ පද්ධතියක් වන අතර එය ප්‍රතිලෝම Olympus IX71 අන්වීක්ෂයකට සම්බන්ධ කරන ලද අතර පසුපස-විසිරුණු ආලෝකය ට්‍රයිවිස්ටා ත්‍රිත්ව වර්ණාවලීක්ෂ සැකසුම (Princeton Instruments) හරහා ගමන් කරන ලදී. ), ද්‍රව නයිට්‍රජන් සිසිලන ආරෝපණ සම්බන්ධ උපාංග කැමරාවක් භාවිතයෙන් අනාවරණය වන දෘශ්‍ය සංඥා විසුරුවා හැරීමට භාවිතා කරන ලදී.මෙම තරංග ආයාමවල ඇති ඉහළ දෘශ්‍ය අවශෝෂණය සැලකිල්ලට ගෙන, ලේසර් තාපනය වැළැක්වීම සඳහා සාපේක්ෂ අඩු ලේසර් බලයන් භාවිතා කරන ලදී (<100 W·cm−2).

DFT භූ-රාජ්ය ජ්‍යාමිතිය ප්‍රශස්තිකරණය සහ විශ්ලේෂණාත්මක සංඛ්‍යාත ගණනය කිරීම් සඳහා ජනප්‍රිය B3LYP දෙමුහුන් ක්‍රියාකාරී සහ 6-311++G** පදනම් කට්ටලය, Grimme ගේ පරමාණු යුගල විසරණ නිවැරදි කිරීම (39) සමඟ Becke-Johnson damping Scheme (D3BJ) ලෙස භාවිතා කරන ලදී. ORCA 3.0.3 (40) හි ක්රියාත්මක කර ඇත.රමන් වර්ණාවලි ORCA භාවිතයෙන් අනුකරණය කරන ලද අතර, ORCA-සහාය දක්වන යාවත්කාලීනය සමඟ Avogadro මෘදුකාංග පැකේජය (41) භාවිතයෙන් අණුක ගුණවල දෘශ්‍යකරණය සාක්ෂාත් කර ගන්නා ලදී.

සියලුම විද්‍යුත් රසායනික මිනුම් සහ අදාළ නියැදි සකස් කිරීම විද්‍යුත් රසායනික ලක්ෂණ සඳහා කැප වූ ආගන් පිරවූ අත්වැසුම් පෙට්ටියක (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 සහ H2O මට්ටම්) සිදු කරන ලදී.SCE පෙති කවුන්ටර ඉලෙක්ට්‍රෝඩය ලෙස තඹ තහඩුවක් මත ආධාරක කරන ලද Li ribbon (Sigma-Aldrich; 99.9%) මත තබා ඇති අතර යොමු කිරීම සහ වැඩ කිරීම සඳහා SCE පෙති මත සිදුරු කරන ලද Li තැටි දෙකක් (5-mm විෂ්කම්භය) තබා ඇත. ඉලෙක්ට්රෝඩ.සැකසුම රූපයේ දැක්වේ.S7.ලිතියම් යොමු සහ ක්‍රියාකාරී ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සම්බන්ධ කිරීම සඳහා රන් කටු භාවිතා කරන ලදී.Nova මෘදුකාංගය හරහා පාලනය වන PGSTAT302 (Metrohm) භාවිතයෙන් චක්‍රීය වෝල්ටීයතාමිතිය සහ සම්බාධන මිනුම් සිදු කරන ලදී.චක්‍රීය වෝල්ටීයතාමිතිය 20 mV/s ස්කෑන් අනුපාතයකින් සිදු කරන ලදී.සම්බාධක මිනුම් 5 mV AC විස්තාරය සහ 1 MHz සිට 0.1 Hz දක්වා වූ සංඛ්‍යාතයකින් සිදු කරන ලදී.

40-nm anatase TiO2 තුනී පටල ඉලෙක්ට්‍රෝඩයක් පරමාණුක ස්තර තැන්පත් වීම (ALD) මගින් 300-mm සිලිකන් වේෆරයක් මත තැන්පත් කරන ලද අතර 40-nm TiN යටි ස්ථරයක් ALD මගින් ද තැන්පත් කරන ලදී.බයිසිකල් පැදීමේදී TiO2 රසායනික හායනයකින් හෝ යාන්ත්‍රික ආතතියකින් (සැලකිය යුතු පරිමා වෙනසක් නොමැතිව) පීඩාවට පත් නොවන බැවින් එය ඉලෙක්ට්‍රෝලය හරහා Li-ion සන්නායකතාවය ප්‍රදර්ශනය කිරීම සඳහා විශිෂ්ට පරීක්ෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝඩයකි.Li/SCE/TiO2 සෛලය මැනීම සඳහා, ILE-SCEs 4.3 mm විෂ්කම්භයක් සහ 0.15 cm ඝණකම සහිත PTFE වළල්ලකින් පුරවා ඇත;පසුව, මුද්ද Li foil සහ TiO2 පටලය අතරට සම්බන්ධ කරන ලදී.

LMO ඉලෙක්ට්‍රෝඩය සමඟ නැනෝ-SCE/තුනී-පටල ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අර්ධ ස්ටැක්, ඉලෙක්ට්‍රෝඩ මත නැනෝ-එස්සීඊ පටලය සංස්ලේෂණය කිරීමෙන් නිපදවා ඇත.x = 1.5 ද්‍රාවණයේ මුළු 150 μl, දින 2 ක් වයසැති, විද්‍යුත් විච්ඡේදක පටල මත සවි කර ඇති වීදුරු වළල්ලක (විෂ්කම්භය, 1.3 මි.මී.) හෙළනු ලැබේ.එවිට මුද්ද පැරෆිල්ම් සමඟ මුද්රා කර ඇති අතර, විසඳුම දින 4 ක් සඳහා ජෙල් කිරීමට එවැනි මුද්රා තැබූ භාජනයක තබා ඇත.සෑදූ ජෙල්/ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තොගය නැනෝ-SCE/ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අට්ටි සෑදීමට වියලන ලදී.මයික්‍රොමීටරයක් ​​භාවිතයෙන් නිර්ණය කරන ලද නැනෝ-SCE හි ඝණකම 300 μm විය.අවසාන වශයෙන්, ලිතියම් තීරු (1.75 මි.මී. ඝනකම, 99.9%; සිග්මා-ඇල්ඩ්‍රිච්) ඇනෝඩය ලෙස නැනෝ-SCE/ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ස්ටැක් මත තද කරන ලදී.100-nm LiMn2O4 (LMO) තුනී පටල ඉලෙක්ට්‍රෝඩය 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) යටි ස්ථරවලින් ආලේප කරන ලද සිලිකන් වේෆරයක් මත Ar ප්‍රවාහය යටතේ රේඩියෝ සංඛ්‍යාත ස්පුටරින් මගින් තැන්පත් කරන ලදී.මෙම තොගය ඔක්සිජන් වායුගෝලයේ 800 ° C දී විනාඩි 20 ක් සඳහා නිර්වින්දනය කරන ලදී.

LiFePO4 (LFP) ඉලෙක්ට්රෝඩ පටල තල ආලේපනය මගින් සකස් කරන ලදී.පළමුව, කාබන් කළු සහ LFP (2 සිට 3 μm) කාබොක්සිමීතයිල්සෙලුලෝස් (CMC) අඩංගු ජලීය ද්‍රාවණයකට එකතු කරන ලද අතර පසුව ග්‍රහලෝක මිශ්‍රණයක් භාවිතයෙන් සමජාතීය කරන ලද මිශ්‍රණයක් සාදන ලදී.ඉන්පසුව, සමජාතීය නිෂ්පාදිතය deionized ජලය සහ ෆ්ලෝරිනීකෘත ඇක්‍රිලික් රබර් කිරි (JSR, TRD202A) සමඟ රික්ත මිශ්‍රණයක මිශ්‍ර කර ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ආලේපනය සඳහා පොහොරක් සාදන ලදී.බ්ලේඩ් කෝටරයක් ​​භාවිතයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පටල තැන්පත් කිරීම සඳහා සකස් කළ පොහොර ඇලුමිනියම් තීරු මත වාත්තු කරන ලදී.මෙම ලෙස-ආලේපිත තෙත් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වායුගෝලීය උඳුනක විනාඩි 10 ක් 70°C දී එකතැන පල්වෙන වාතය සහිත උඳුනක ක්ෂනිකව පෙර කර රික්ත උඳුනක පැය 4 ක් 140°C දී තවදුරටත් වියළන ලදී.වියලන ලද ඉලෙක්ට්රෝඩ පටල 91 wt % LiFePO4, 3 wt % කාබන් කළු, 2 wt % CMC සහ 4 wt % TRD202A වලින් සමන්විත විය.පටල ඝනකම 30 μm (මයික්‍රෝමීටරයක් ​​සහ ස්කෑනිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයක් භාවිතයෙන් තීරණය කරනු ලැබේ).

Li4Ti5O12 (LTO) ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පටල තඹ තීරු මත එලෙසම සාදන ලදී.වියලන ලද ඉලෙක්ට්රෝඩ වල සංයුතිය 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % කාබන් කළු, 5 wt % CMC, සහ 5 wt % ෆ්ලෝරිනීකෘත ඇක්රිලික් රබර් කිරි (TRD2001A) වේ.පටල ඝණකම 40 μm වේ.

SCE හි විසඳුම අංශු මත පදනම් වූ LFP සහ LTO ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පටලය මත පතිත කරන ලදී.පළමුව, 100 μl x = 1.5 ද්‍රාවණය, දින 2 ක් වයසැති, ඉලෙක්ට්‍රෝඩ පටලයක් මත පතිත කර, විෂ්කම්භය 15 mm, කාසි සෛලයක තබා ඇත (#2032, MTI).කාවද්දන ලද SCE ජෙල් කිරීමෙන් පසුව, නැනෝ-SCE සහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ තොගය සෑදීම සඳහා රික්ත උඳුනක (<5 × 10−2 mbar) පැය 72ක් සඳහා චිත්‍රපටය 25°C දී වියළන ලදී.නැනෝ-SCE ඝණකම 380 μm විය.අවසාන වශයෙන්, ඇනෝඩය ලෙස SCE/ඉලෙක්ට්‍රෝඩ අට්ටි මත ලිතියම් තීරුවක් තද කර, කාසි කෝෂය මුද්‍රා තබන ලදී.කාමර උෂ්ණත්වයේ දී Solartron 1470E පොටෙන්ටියෝස්ටැට් භාවිතයෙන් විද්‍යුත් රසායනික මිනුම් සිදු කරන ලදී.

මෙම ලිපිය සඳහා අතිරේක ද්රව්ය http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1 හි ඇත

වගුව S1.N2 adsorption/desorption හෝ BET මිනුම් සහ TEM නිරීක්ෂණ වලින් නිර්ණය කරන ලද අයනික ද්‍රවයේ molar භාගය සිලිකා (x අගය) දක්වා වැඩි කිරීම සඳහා නැනෝ-SCE හි සිලිකා අනුකෘතියේ ව්‍යුහාත්මක ගුණාංග.

මෙය ක්‍රියේටිව් කොමන්ස් ආරෝපණය-වාණිජ්‍ය නොවන බලපත්‍රයේ නියමයන් යටතේ බෙදා හරින ලද විවෘත ප්‍රවේශ ලිපියකි, එය ඕනෑම මාධ්‍යයක භාවිතා කිරීමට, බෙදා හැරීමට සහ ප්‍රතිනිෂ්පාදනය කිරීමට අවසර දෙයි, ප්‍රතිඵලය වාණිජමය වාසියක් සඳහා නොවන තාක් කල් සහ මුල් කෘතිය නිසියාකාරව තිබේ නම් උපුටා දක්වන ලදී.

සටහන: අපි ඔබේ විද්‍යුත් තැපැල් ලිපිනය පමණක් ඉල්ලා සිටිමු, එවිට ඔබ පිටුව නිර්දේශ කරන පුද්ගලයා ඔබට එය දැකීමට අවශ්‍ය බව දැන ගැනීමටත්, එය කුණු තැපෑලක් නොවන බවත් ය.අපි කිසිදු විද්‍යුත් තැපැල් ලිපිනයක් අල්ලා නොගනිමු.

මෙම ප්‍රශ්නය ඔබ මානව ආගන්තුකයෙක්ද නැද්ද යන්න පරීක්ෂා කිරීම සඳහා සහ ස්වයංක්‍රීය අයාචිත තැපැල් ඉදිරිපත් කිරීම් වැළැක්වීම සඳහා වේ.

Xubin Chen, Brecht Put, Akihiko Sagara, Knut Gandrud, Mitsuhiro Murata, Julian A. Steele, Hiroki Yabe, Thomas Hantschel, Maarten Roeffaers, Morio Tomiyama, Hidekazu Arase, Yukihiro Kaneko, Mikinari Shimada, P Mackhilipen Meesda, P Mackhilipen Meesda විසින්.

Xubin Chen, Brecht Put, Akihiko Sagara, Knut Gandrud, Mitsuhiro Murata, Julian A. Steele, Hiroki Yabe, Thomas Hantschel, Maarten Roeffaers, Morio Tomiyama, Hidekazu Arase, Yukihiro Kaneko, Mikinari Shimada, P Mackhilipen Meesda, P Mackhilipen Meesda විසින්.

© 2020 විද්‍යාවේ දියුණුව සඳහා වූ ඇමරිකානු සංගමය.සියලු හිමිකම් ඇවිරිණි.AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef සහ COUNTER හි හවුල්කරුවෙකි.Science Advances ISSN 2375-2548.