Silica gel solid nanocomposite electrolytes fa'atasi ai ma le fa'alauiloaina o feso'ota'iga feso'ota'iga e sili atu i le tele o le Li-ion conductivity o le ionic liquid electrolyte filler

O le suiga i ma'a Li-ion solid-state o le a mafai ai ona agai i luma i le malosi o le malosi o le 1000 W·itula/lita ma tua atu.O tu'ufa'atasiga o se matrix mesoporous oxide fa'atumuina i mea fa'atumu fa'aeletise vai fa'ato'aga e le fa'afefeteina ua su'esu'eina e avea o se filifiliga malosi fa'aeletise.Ae ui i lea, o le faʻaogaina faigofie o vaifofo eletise i totonu ole nanometer-sized pores e taʻitaʻia ai le faʻaitiitia o le ion conductivity pe a faʻateleina le viscosity.O iinei, matou te faʻaalia ai o le Li-ion conductivity o nanocomposites e aofia ai le silica monolith mesoporous ma se faʻapipiʻi eletise eletise eletise e mafai ona sili atu le maualuga nai lo le eletise eletise mama mama e ala i le faʻaofiina o se faʻaoga aisa.Ole malosi ole su'esu'eina ma le fa'atonuina ole vai mole ole vai e fa'agaioi ma malo-pei e pei o le fa'asaga aisa lava ia.O le dipole i luga o le adsorbate mesophase layer e mafua ai le fofoina o le Li + ions mo le faʻaleleia atili o le faʻaogaina.O le faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga o le faʻaleleia o le faʻaogaina o le ion e mafai ona faʻaogaina i faiga faʻaioni eseese.

E fa'amoemoe e maua ai e le eletise malo le malosi e sosoo ai mo ma'a Li-ion e sili atu i le fa'alo fa'atino o le 800 W·itula/lita po'o le 300 W·itula/kg o lo'o tu'uina atu i le cathode ma le anode chemistries o lo'o avanoa nei.O le fa'amoemoeina o le fa'atupula'ia o le malosi o le malosi mo ma'a malo-malo e sau mai le tele o sao, o lo'o tulimata'i uma le fa'atuputeleina o le pasene o mea o lo'o galue i totonu o le sela.O le mea sili ona faʻasalalau o le faʻaofiina o le lithium metal e sui ai le graphite ma le graphite / silicon e avea o se anode.O le u'amea lithium mama o lo'o i ai le malosi sili ona maualuga e mafai ma o lea e mana'omia ai se avanoa itiiti.Ae ui i lea, o le tele o mataupu e manaʻomia pea ona foia, e pei o le le mafai ona faʻaaogaina (ma faʻapea le taumafaina) o le lithium metal, dendrite formation, le faʻateleina o le malosi o le taimi nei mo planar lithium foils pe a faʻatusatusa i le porous graphite (silicon) electrodes, ma, mulimuli. ae le itiiti ifo, o le "leai" o le lithium i le taimi o le lafoaia (deplating) ma faapea ona leiloa le fesootaiga ma le electrolyte malosi.O le fa'ainisinia ma'a'a'a o le sima ma'a'ai electrolytes moni e leai se tausisia, ma mamafa mamafa e mana'omia le fa'aogaina e oomi ai le lithium fa'asaga i le vaega eletise malosi.O vaega o le mamafa tu'ufa'atasi e fa'aititia atili ai le vaega lelei o luga, e o'o atu ai i le fa'atupuina o le dendrite i le lotoifale ma fa'aputuga o le omomi.Polymer electrolytes e sili atu ona fa'ainisinia ae e le'i fa'aalia le maualuga o le fa'aoso ionic i le vevela o le potu.O mea fou e sili ona manaia i lenei tulaga o le silica gel electrolytes, lea ua taʻua foi o "ionogels," lea o loʻo faʻapipiʻiina ai se ionic liquid electrolyte (ILE) i se nanoporous silica matrix (1).O le maualuga tele o le porosity o le silica matrix (70 i le 90%) e maua ai nei mea nanocomposite electrolyte mea e pei o le gel ma faʻapena ona faʻaogaina faʻainisinia tutusa ma polymer electrolytes.O nei silica gels o nisi taimi o loʻo faʻaalia e pei o le eletise malosi eletise, aua o loʻo i ai se vai.Ae ui i lea, mo le silica nanocomposites, e pei ona faamatalaina i lenei pepa, o le ionic "suava" electrolyte e avea ma mausali pe a taofia i totonu o le sefulu o nanometer-sized channels e ala i le faateleina o le viscosity ma e ala i le adsorption i luga o le puipui silica taofia le. alavai.Afai o le silica matrix o le a naʻo se vavae porous, o le faʻateleina o le viscosity mo le faʻaogaina o le eletise eletise o le a taʻitaʻia ai le faʻaitiitia o le gaioiga o le ionic.Nai lo lena, o le fegalegaleaiga i le va o mole ILE ma le puipui silica pore e faia ai meatotino o le nanocomposite ese mai le aofaʻi o ona vaega taʻitasi.O le su'esu'eina o vai ionic i luga o oxides ma le fa'atupuina o le mesophase mafiafia e o'o atu i ni nai nanometers i le mafiafia ua fa'aalia i luga o fa'afanua fa'atasi ma le microscopy malosi atomika (2).O le filifilia o le faʻaogaina o anion vai ma cation i luga o le oxide e mafai ona taʻitaʻia ai le faʻaleleia o le Li + i luga o nei fesoʻotaʻiga.O le mea moni, o le faʻaleleia atili i luga o fesoʻotaʻiga o le oxide e tatau ona totogi pe sili atu foi i le faʻaititia o le amio e ala i le ILE o loʻo taofia i totonu o pores.O le mea lea, e mana'omia le la'ititi o le pore ma le maualuga o le fa'avasegaina o luga-i-volume.I le taimi nei, o ionogels ma le ion conductivities latalata i le ILE lava ia ua faʻaalia e ala i le optimization o le fausaga mesoporous (3).O lona uiga ua leva ona iai le fa'aleleia atili o feso'ota'iga ae le'i o'o atu i le tele o le tele o fa'agaioiga.

O le sauniuniga o ionogels e amata mai i se paluga vai tutusa, lea e faʻaopoopoina ai se ILE i se vaifofo muamua o le sol-gel mo le faʻapipiʻiina o le oxide matrix (4, 5).I lenei metotia, o le ILE ma le matrix e fausia ai se tu'ufa'atasi i se faiga "in situ": O mea muamua i totonu o le vaifofo e tali atu e fausia ai se matrix oxide faataamilo i le mamanu vai ionic, faʻapipiʻi i le faagasologa.I lalo o nisi tulaga fa'apipi'i, o le ILE-SCE ua saunia (solid composite electrolyte) e mafai ona i ai i foliga o se monolith ma le ILE fa'apipi'i i totonu o se feso'ota'iga fa'asolo ole mesoporous inorganic oxide.I le taimi nei, o le tele o ILE-SCE e faʻavae i luga o le silica ua saunia i lenei auala, e ui lava o faʻataʻitaʻiga na faia foi i le alumina (6), titania (7), ma e oʻo lava ile tin oxide (8).O le tele o fa'asologa o le sol-gel ua lipotia mai o lo'o iai le ILE, o le alkyl-silicate e pei o le tetraethyl orthosilicate (TEOS) e pei o le silica precursor, ma le formic acid e fai ma reagent ma solvent (9, 10).E tusa ai ma le faiga (11) fuafuaina mo lenei faiga sol-gel, o le silica e masani lava ona gaosia i le tali i le va o le TEOS ma le formic acid, e ui lava o le vai e gaosia i le faagasologa o le sol-gel.E ese mai i nei mea fa'afefiloi e fa'atatau i le acid formic, o lo'o fa'amatalaina fo'i le fa'aogaina o le sol-gel vai ma le HCl e fai ma fa'amalosi ma le H2O e fai ma fa'afofoga (fa'aopoopo i ai le solvent organic), peita'i, i lenei tulaga fa'apitoa mo le tu'ufa'atasiga o se silica composite ma. na'o le vai ionic (12–15).

E masani lava, e fa'aalia e ionogels le fa'aosoina o le ion e maualalo ifo nai lo le fa'amatalaga ILE.O le augatupulaga muamua o ionogels sa i ai le vevela o le potu e masani lava na o le 30 i le 50% o le tele o le ILE tau, e ui o nisi faʻataʻitaʻiga e oʻo atu i le 80% ua lipotia (9, 10, 16, 17).O le a'afiaga o mea o lo'o i totonu o le ILE ma le fa'atupuina o pore morphology i luga o le fa'aogaina o le ionogel ua uma ona su'esu'eina auiliili (3);peita'i, e leai se su'esu'ega fa'atulagaina o a'afiaga fa'aleleia o feso'ota'iga e iloa.Wu et al.(18) talu ai nei na lipotia i luga o se ionogel faʻaogaina i totonu, lea na maua ai le faʻaleleia atili o le amio faʻatusatusa i le ILE tele.O le faʻaleleia na mafua ona o le fegalegaleaiga i le va o le anion ma le 3-glycidyloxypropyl vaega galue i luga o le silica surface.O lenei su'esu'ega e lagolagoina ai le manatu o le fa'aogaina o luga e mafai moni lava ona fa'aleleia atili le fa'alauiloaina o feso'ota'iga.

I lenei galuega, matou te faʻaalia le faʻavaeina o se vai aisa malosi i luga o le silica ma faʻamatalaina le faiga o le faʻaogaina o le Li-ion faʻatasi e ala i le faʻateleina o fesoʻotaʻiga i le va o le faʻaogaina o le aisa ma le adsorbed ionic liquid mesophase layer.E ala i le tu'ufa'atasiga o le maualuga o le pito i totonu ma le mafiafia o le aisa fa'atino galuega, nanocomposite electrolytes malosi (nano-SCE) ma le 200% maualuga Li-ion conductivity nai lo le tele faasinomaga ILE na ausia.O le silica matrix o loʻo faʻaalia o loʻo i ai se fausaga moni o le mesoporous monolithic ma voluma pore ma luga o le eleele e oʻo atu i le 90% ma le 1400 m2 / g, ma faʻapea ona maua ai le maualuga o luga-i-volume ratios e mafai ai ona tele le sao o le faʻaleleia o le faʻaleleia i luga o nei fesoʻotaʻiga.E ala i le fa'aogaina lelei o le silica fa'atasi ma le fa'asilisiliina o le fa'avasegaina o luga-i-volume, nano-SCE fa'atasi ai ma le ion conductivities e sili atu i le 10 mS/cm e mafai ona fa'ainisinia ma fa'apea e manaia tele mo ma'a tetele mo mea tau ta'avale.

O le taulaiga o la matou pepa o loʻo i luga o le faʻaogaina o le faʻaleleia o fesoʻotaʻiga fesoʻotaʻiga e ala i le faʻavaeina o se mesophase layer faʻatasi ai ma faʻamaoniga mai Raman, Fourier transform infrared (FTIR), ma le nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.E fa'aalia le fa'aogaina o le fa'amautu o a tatou mea nano-SCE i voluma maualuga i le fa'aogaina o eletise manifinifi lithium manganese oxide (LMO).I lenei auala, e taulaʻi atu i meafaitino nai lo le tuʻufaʻatasia o le eletise ma mataupu faʻapipiʻi sela.E faʻapea foʻi, o le faʻamalama eletise ma le faʻamautu e faasaga i pepa uʻamea lithium ua faʻamaonia atoatoa.O le fa'atinoga ma le tu'ufa'atasia o la matou nano-SCE e fa'aalia e ala i le fa'apotopotoga ma fua fa'atatau o su'ega o le lithium iron phosphate (LFP) ma le lithium titanate (LTO) sela.O le mautu o le tatou electrolyte ma le le aoga o le eletise o le vai aisa na faʻaalia e ala i le taamilosaga umi o sela Li-SCE-Li tutusa.O le fa'asilisiliina o le malosi o le malosi, fua fa'atatau, ma le fa'atinoina o le uila o sela fa'apipi'i atoatoa o le a fa'atatau i pepa tulitatao (19, 20).

O le fa'alauiloaina o le fa'aogaina o le ion fa'afeso'ota'i i faiga fa'apipi'i lua-vaega ua iloa mo le toeitiiti 90 tausaga (21).Mo se faʻataʻitaʻiga, e oʻo atu i le fa faʻatonuga o le faʻateleina o le faʻaogaina o le ionic ua faʻaalia mo tuʻufaʻatasia o masima lithium faigofie e pei o le lithium iodide faʻatasi ai ma vaega o le oxide mesoporous e pei o le silica poʻo le alumina pe a faʻatusatusa i le faʻaogaina o ion o le lithium salt electrolyte mama (22).O ion i totonu o nei SCE e mafai ona sosolo vave i luga o le Li ion-ua fa'aitiitia (po'o le tele o avanoa) eletise eletise lua ua fausia i le oxide/electrolyte interface.O le mea e leaga ai, o le ion conductivity na maua i nei mea faigofie e lua-vaega fa'ameamea-malosi tu'ufa'atasia (1) e le'i sili atu i le 1-mS/cm2 fa'agata mana'omia e fa'afeso'ota'i ai nai selau-micromita le mamao i le va o ipu aoina o lo'o i ai nei i le maa Li-ion. .O le manatu o le heterogeneous doping ma se oxide matrix e inisinia le ionic conductivity ua uma ona suʻesuʻeina mo polymer electrolytes (23) ma ILEs (24), lea e maualuga atu le ionic conductivity e amata i.E le gata i lea, o le mauoa mole (stereo) kemisi o le vaega lona tolu e tatalaina ai isi ion conduction mechanisms, e pei o le (di) polar solvent-like mole e mafai ona auai i le faʻavaeina o le eletise eletise.E ui o le fofoina o vaega o le ether i polyethylene oxide polymer electrolytes e maua ai le malosi o le ion conductivities o ~ 10-6 S / cm mo LiClO4 i le ~ 10-5 S / cm mo LiN (SO2CF3) 2, o latou tuufaatasiga ma silica, alumina. , po'o titania nanoparticles e mafai moni lava ona tu'uina atu le sili atu i le 10 fa'aleleia atili i le fuaina o le ion conductivity (25), o le mea e leaga ai, o lo'o i lalo ifo o le vevela o le potu o le 1 mS/cm.O vaifofo ILE o fa'afefiloiga o se solute Li-masima ma se solu vai vai, lea e mafai ona i ai le maualuga o le fa'aoso ionic i le va o le 0.1 ma le 10 mS/cm (26, 27).E tele taumafaiga na faia e faʻaleleia ai le faʻaogaina o le ion e ala i le faʻafefiloi poʻo le gelling i le oxide nanoparticles poʻo le taofia o le ILE i microparticles mesoporous (9, 16, 28, 29).Ae ui i lea, e oʻo mai i le taimi nei, e leai se faʻaleleia atili o le faʻaogaina o le ion ua matauina mo vaega e tolu Li-salt/ionic liquid/oxide composites (fig. S1).E ui lava o le fa'aogaina o le mesoporous silica microparticles e maua ai le maualuga o le conductivity pe a fa'atusatusa i composites ma nanoparticles mautu, e le lava le fa'aogaina o le va'aiga ma le fa'alauiloaina o le ion e sili atu i le tele o le ILE conductivity.

Mesoporous silica o se mea lauiloa faʻaaogaina i le catalysis.E masani lava ona faia e le hydrothermal po'o le fa'aogaina faigofie ole sol-gel.Ole fa'agasologa ole vai vevela e masani ona ta'ita'iina atu ai i pauta mesoporous, ae fa'atasi ma le fa'aeteete o le fa'atonuina ole vevela ole potu ole fa'agasologa ole sol-gel, ua gaosia fo'i monoliths tioata porous po'o aerogels.O le silica matrix e fausia e ala i le hydrolysis ma le condensation reactions o tetra-alkyl orthosilicates (30).O le mea autu i le puleaina o le fausaga o le pore o le faʻaogaina lea o faʻataʻitaʻiga, mo se faʻataʻitaʻiga, o se micelle-ituaiga surfactant, e faʻataʻamilo ai le silica matrix.Pe a faaopoopo se vai ionic e fai ma mole mole, e fegalegaleai le hydrated silica matrix ma le vai ionic, e fai ai se gel, ma a uma ona fofo ma faamago, o le vai ionic e taofia i totonu o le silica matrix nanoporous malo (13).Pe a faaopoopo le masima lithium e avea o se vaega lona tolu, o le ILE o loʻo taofia i totonu o le silica matrix e fausia ai le silica gel electrolyte, lea ua taʻua foi o le ionogel (24).Ae ui i lea, e oʻo mai i le taimi nei, o nei silica gel electrolytes o loʻo faʻaalia ai amioga e latalata atu i le tele o le ILE ae le sili atu, sei vagana ai le tasi mataupu na faʻaogaina ai le kemisi (silasila i le Folasaga) (18).

O iinei, matou te faʻaalia, faʻalauiloa faʻaleleia o le Li-ion conductivity o le nanocomposite sili atu nai lo le ILE mama.O le faʻataʻitaʻiga o le 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) o loʻo faʻaaogaina iinei.O lo'o fa'ailoa mai o le fa'auluina o mole o le vai ionic i luga o le OH-terminated silica surface o lo'o fa'aolaina e ala i le i ai o se va'aiga vai aisa.O le pipii malosi o le hydrogen i le va o le vai aisa ma le TFSI− anion e fa'aosoina ai le fa'atonuga mole mole o le vai ionic, e tutusa ma vaega o lo'o fa'atonuina e fa'atupu fa'afuase'i i sua vai (31).O le ese'esega autu ma vaega fa'atupu fa'afuase'i i le tele o le ILE, o le vaega aisa e galue o se vaega galue lea (i) fa'aosoina le fa'atonuga mole mole i luga o le oxide ma (ii) fa'aofia le malosi H-so'ota'i e fa'aosofia ai dipoles e fa'asa'oloto le Li + mo le faʻaleleia atili o le faʻaogaina.I tafatafa o le faʻateleina o le faʻaogaina o le Li + saoloto, o le a matou faʻaalia o le malosi faʻamalosia mo le faʻasalalau e maualalo i luga o le fesoʻotaʻiga tuʻufaʻatasi ma le faʻapipiʻiina o le ILE layer ma le vai aisa.

O le vai-monolayers-mafiafia i luga o le vai i luga o le silica o se faʻamau-pei-pei, aua o loʻo faʻapipiʻi malosi i vaega silanol e ala i H-alalaupapa ma o lea e taʻua ai foi o le aisa (32).O lona mamafa ma le mafiafia (fuafuaina e oo atu i le tolu i le fa monolayers, faatasi ai ma le ~ 0.25 nm i le aisa monolayer) o loo i le thermodynamic equilibrium ma le mamafa o le vai [relative humidity (RH)] i le siosiomaga (fig. S2).Matou te faʻaalia o le faʻatupuina o le ion e faʻateleina i le mafiafia o le vai aisa e pei o le faʻapipiʻiina o le hydrogen faʻatasi ma le faʻapipiʻi ionic layers e faʻateleina foi.O le vai aisa e mautu e pei o le vai tioata i vailaʻau vailaʻau.O le mea lea e matua'i fa'afeagai ai ma le fa'aeletonika aqueous sili ona maualuga po'o le vai e fa'afefiloi masima, lea e matua fa'alautele ai le fa'amalama eletise ae, mulimuli ane, o lo'o malosi pea le vai (33).

E ese mai fua masani formic acid-catalyzed ionogel recipes, sa matou faʻaaogaina se paluga pH 5 malu ma le tele o vai ma PGME (1-methoxy-2-propanol) faʻaopoopo i le TEOS precursor ma Li-TFSI masima ma BMP-TFSI vai ionic.I lenei pH, o le hydrolysis tali e telegese, ae o le condensation e lelei (30).O Li ion e talitonuina e fai ma faʻalavelave mo le faʻaogaina o le hydrolysis, aua e leai se gelation na tupu i le leai o le masima lithium ae tutusa uma le pH o le 5. O le fua molar o le vai ionic i le TEOS (ma o le silica moieties) o le. faʻaalia o le x tau ma sa fesuisuiaʻi i le va o le 0.25 ma le 2. O le molar ratio o le BMP-TFSI i le Li-TFSI na teuina i le 3 (e fetaui ma le 1 M Li-ion solution).Sa mana'omia le fa'agogo fa'agesegese e fa'atumauina ai le sa'o lelei o le fa'atulagaga o le monolith (silasila Mea ma Metotia).Ata 1A o lo'o fa'aalia ai se ata o se pellet monolithic na maua ina ua uma ona fa'agogo.O le 72-itula fa'amago fa'amago na lava e aveese uma ai le susu i lalo i se tulaga na aveese uma ai vai avanoa ae tumau atoatoa le vai aisa fa'afefeteina, e pei ona fa'amaonia mai e le FTIR.Leai se vibration mo vai fua na maua i le 1635 cm−1 i soʻo se faʻataʻitaʻiga pe a maeʻa le laʻasaga faʻamago (Fig. 2).Mo faʻatusatusaga, o le fusi o le FTIR mo se faʻataʻitaʻiga nano-SCE (x = 1.5) teuina mo le 1 vaiaso i totonu o se pusa totigilima N2 i le 60% RH o loʻo faʻaalia.I lenei tulaga, e aliali mai se tumutumu vai e leai se totogi.O faʻataʻitaʻiga uma, i le isi itu, na faʻaalia ai se faʻailoga manino mo le faʻaogaina o le silanol (Si─OH o loʻo punou i le va o le 950 ma le 980 cm−1) ma le faʻaogaina o le vai aisa (O─H o loʻo faʻalauteleina i le ~ 3540 cm−1) faʻapipiʻi i. le ─OH vaega i luga e ala i le H-faʻamauina (sili atu faʻamatalaga i lalo).O fagu na fuaina muamua ma pe a maeʻa le laʻasaga faʻamago e fua ai le vai o loʻo taofia i le nano-SCE (laʻau S1).Mulimuli ane, o le a tatou fuafuaina le numera o monolayers tutusa o papa aisa i luga ole laiga mai le mamafa tele.O pelleti fa'amago mamago na aumai i totonu o le pusa totigilima [<0.1-ppm (vaega i le miliona) H2O] ma teu i totonu o fagu tapuni e fa'amaumau ai le vai muamua.Na aumai se voluma itiiti mai le pellet mo le fa'amatalaga atili.

(A) Ata o lua nano-SCE pellets (agavale) faʻapipiʻiina i totonu o le vial;a maeʻa gelation, e maua se pellet manino.Manatua o le pellet e manino atoatoa ma o lea na tuʻuina atu ai se lanu lanumoana mo le vaʻaia.A aveese le ILE, o lo'o tumau pea se pellet pa'epa'e pa'epa'e mo le matrix silica silica (taumatau).(B) Fa'ata'ita'iina le fa'ata'ita'iga o le microscopy electron (SEM) o le SiO2 matrix o lo'o tumau pea pe a uma ona aveese le ILE.(C) Zoom o le ata o loʻo faʻaalia i le (B) o loʻo faʻaalia ai le natura mesoporous o mea matrix ma nisi macropores.(D) Transmission electron microscopy (TEM) ata o loʻo faʻaalia ai se faʻapipiʻi mafiafia o le 7- i le 10-nm silica nanoparticles e avea ma poloka faufale o mea porous matrix.(E) O le porosity o le fausaga matrix ua fuafuaina mo fua eseese molar o le ILE e tusa ai ma le SiO2 (x tau).O le laina va'ava'ai e maua ai le porosity fa'ata'ita'i e fa'atatau mai le vaega vaega o le ILE ma le silica.O faʻataʻitaʻiga faʻamaʻa acetone (faatafafa uliuli) na faʻamago i le ea, lea e maua ai se vaega o le paʻu o le fausaga mo le x> 0.5.Supercritical CO2 faʻamago o le ethanol-rinsed nano-SCE (liʻo lanu meamata) e taofia ai le paʻu i luga i le x = 2 mo le faʻagesegese o le aveeseina o le CO2 (liʻo tatala).BET, Brunauer-Emmett-Teller.Ata fa'afetai: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) IR spectra o le nano-SCE e pei ona faʻagogo i le vacuum (uliuli) ma mulimuli ane faʻamago i totonu o se pusa totigilima ma le 0.0005% RH mo le 9 aso (lanu moana) ma faʻaalia i le 30% RH mo le 4 aso (mumu) ma le 60 % RH mo le 8 aso (lanu meamata), i le faasologa.au, iunite fa'atonu.(B) Cyclic voltammograms o le Li/SCE/TiN fa'aputu i le x tau o le 1.0 (lanu moana), 1.5 (lanumeamata), ma le 2.0 (mumu) ma le ILE fa'asinomaga (uliuli);o lo'o fa'ailoa mai e le fa'auluuluga le taimi nei i le fua fa'atatau.(C) Cyclic voltammograms o Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 fa'aputu (mumu), ILE (uliuli togitogi), ma le ILE fa'apipi'i i le 5 mamafa % (wt %) H2O (laina lanumoana togitogi);i le (B) ma le (C), fua ma ILE ma ILE ma H2O na faia i le tolu-electrode configuration ma TiN o se eletise galue ma Li e fai ma counter ma faasino electrodes.Na fa'amago le SCE mo le 2 aso i totonu o le pusa totigilima pe'a mae'a fa'agogo.

O le ionic conductivity (σi) o le tatou nano-SCE fa'amama fa'amama fa'ato'a fa'atuputeleina i le vaega vaega o le voluma o le ILE (x tau) e pei o mea fa'apipi'i (fig. S1).Ae ui i lea, i lenei tulaga, o le faʻaogaina o le ionic na sili atu nai lo le ILE mama lava ia e sili atu i le 200% mo le maualuga o tau x (Fig. 3).E le gata i lea, o le faʻalagolago i le vevela o le nano-SCE faʻatasi ai ma le faʻaleleia o le ion conductivity na faʻaalia ai se amio ese nai lo le mama ILE: Aʻo le Li-TFSI i le BMP-TFSI ILE o loʻo faʻaalia ai se suiga manino i le faʻaogaina ma le faʻamalosia o le malosi (slope) faataamilo i le liusuavai. pito o le faʻafefiloi i le 29 ° C, o le nano-SCE faʻatasi ai ma le faʻaleleia o le conductivity e le.Nai lo lena, o loʻo faʻaalia ai se suiga faifaipea i le σi ma le vevela, e faʻaalia ai o se ituaiga o vaega poʻo le mesophase e leʻi iloa muamua ua fausia, lea e nafa ma le faʻaleleia atili o le amio.E le gata i lea, o le laʻititi laʻititi ma faʻaitiitia ai le malosi faʻamalosia mo le faʻasalalauina mo le nano-SCE faʻatusatusa i le ILE o loʻo faʻaalia ai mea totino eseese (fig. S3).O lo'o fa'apea mai o le fegalegaleaiga malosi i le va o molela'au vai ma le fa'aaisa malo i luga o le fata silica e nafa ma le amio mesophase ua matauina, e pei ona talanoaina ma le fa'ata'ita'iga o lo'o i lalo.

(A) Faʻalagolago i le vevela o le conductivity o nano-SCEs faʻamago mo 8 aso i totonu o le totigilima pusa (GB) faʻatasi ai ma le tau x o le 2 (faʻailoga lanu uliuli), 1.75 (lanu moli), 1.5 (blue triangles), ma le 1.0 (lanumeamata tafatolu). ) ma le fa'asinoga ILE (fa'atafa'afa'afa).(B) O le amio a nano-SCE ua faʻamagoina i le GB mo le 0 aso (faatafafa lanumeamata), 10 aso (tatolu uliuli), ma le 138 aso (tafatolu lanumoana).(C) Conductivity versus square root of drying time of nano-SCE with x values of 2 (black squares), 1.5 (blue triangles), 1.0 (green triangles), ma le 0.5 (brown diamonds).(D) Conductivity o nano-SCE faʻatasi ma x = 2 (faʻatafafa uliuli), 1.5 (blue triangles), ma le 1.0 (green triangles) faʻaalia i totonu ole N2-tumu potu susu.

O le atemosifia argon i totonu o le pusa totigilima o loʻo i ai le itiiti ifo i le 0.1 ppm o le vai, lea e fetaui ma le 0.0005% RH, o le mamafa o le vai o le 0.01 Pa, poʻo le sau o le -88°C.Talu ai o le numera o vai faʻapipiʻi i luga o le silanol-terminated silica o loʻo i ai i le paleni ma le mamafa o le vai (fig. S2), o le a faʻasolosolo malie le vai i luga o le nano-SCE ma faʻafefe i pito.Ata 3C o loʻo faʻaalia ai le suiga i le amio mo le 23 μl o le nano-SCE e avea o se galuega o le nofo i totonu o le pusa totigilima.E fa'aitiitia le fa'aosoina o le ion pe a fa'agogo se'ia tu'u i se tau e tutusa ma le silica i le paleni fa'atasi ma le mamafa o le vai o le 0.01 Pa i totonu o le pusa totigilima.E oo lava i lalo o tulaga ogaoga mago o le atigipusa totigilima, a itiiti ifo, o se vaega monolayer o adsorbed vai i luga o le silanol o loo i ai, e pei o Raman spectroscopy o loo faaalia pea se faailo i le 3524 cm−1, lea e patino mo le monolayer muamua o vai adsorbed i luga o silanol. (Ata 4B).O le fa'aoso o le ion i lalo o tulaga tumu na i lalo ifo o le ILE ta'ito'atasi i tulaga uma.O le mea lea, o le faʻaleleia e le lava e totogi ai le gau i le faʻaogaina o le ILE faʻatapulaʻaina i totonu o le pu.

(A) IR spectra o nano-SCE faʻatasi ai ma le tau x o le 1.5 (mumu), faʻamatalaga ILE (uliuli), ma le SiO2 (lanu moana), e faʻaalia ai o le vaega O═S═O (1231 cm−1) o loʻo aʻafia i le fegalegaleaiga ma OH-vaega i luga o le silica luga.(B) Raman spectra o nano-SCE ma x tau o 2 (uliuli), 1.5 (mumu), ma le 0.5 (lanumoana), faʻaalia ai le i ai o le vai aisa o loʻo faʻapipiʻiina i luga o le silanol-terminated silica e oʻo lava mo nano-SCE latalata i le saturation (0.0005). % RH) i totonu o se pusa totigilima (30 aso).(C) Fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga mo feso'ota'iga feso'ota'iga i le nano-SCE fa'atasi ai ma le fa'amavaega o le Li-TFSI i le Li + fua a'o fa'asoa e le TFSI− anion se vaega o lona tau le lelei ma le fa'a'aisa adsorbed-TFSI-BMP;o lanu e fai ma sui o elemene eseese i le lanu viole (silikoni), mumu (lithium), samasama pogisa (sulfur), moli (oxygen), lanumoana (nitrogen), paepae (hydrogen), ma le lanumeamata (fluorine).O laina fa'apolopolo lanu viole e fai ma sui o le hydrogen so'oga i le va o le O═S vaega o le TFSI anion ma le OH-vaega o le hydroxylated silica surface.O Li+ ion e fa'asa'olotoina e le dipole i luga o le fa'apipi'i e mafai ona femalaga'i e ala i le feavea'i po'o le fa'asalalauina fo'i o vai vai i luga a'e o fa'alava fa'aoga.Manatua e fa'atatau i le malosi o fa'amauga o le hydrogen ma le tau tutusa i luga o le silica, e mafai fo'i ona fa'atupuina le tele o mea fa'apipi'i.O fa'aaliga atoa o lo'o fa'aalia i le fig.S8.

O se mata'ina manaia o le feso'ota'iga laina ma le a'a sikuea o le taimi fa'amago e pei ona fa'aalia i le Ata 3C, o lo'o fa'aalia ai o le suiga o le amio e fa'atatau tonu i suiga i le aofa'i o vai aisa adsorbed i luga o le silica ma o le aveesea o lenei vai i luga ole laiga. fa'asalalau fa'atapula'aina.Manatua o le "fa'amago" e tupu na'o se si'osi'omaga matala lea e maualalo ai le RH nai lo le paleni aisa.O le amio e leʻi suia iloga, mo se faʻataʻitaʻiga, i totonu o sela tupe tapuni na faʻaaogaina mo fua faʻalagolago i le vevela.

O le faʻalagolago i le vevela o le nano-SCE na fuaina mo taimi eseese o faʻamago i totonu o le pusa totigilima.A o latalata atu le conductivity o le nano-SCE mamago i le ILE, o le faaauau pea σi versus 1 / T talaaga otooto mo mesophase conductivity faasolosolo suia i le talaaga otooto mo le ILE, toe faaalia ai le pa'ū faataamilo i lona tulaga liusuavai (fig. S3).O lenei faʻamatalaga e lagolagoina atili ai le manatu o le aisa o loʻo galue e avea o se vaega faʻaogaina mo fesoʻotaʻiga fesoʻotaʻiga ma le ILE, faʻatupuina le amio mesophase i le nano-SCE.O le mea lea, pe a aveese le vaega galue, o le ILE ua na o le taofia i totonu o se mesoporous oxide membrane.

Fua o le faʻamalama faʻamautu eletise e faʻamaonia ai o le vai aisa i totonu o le nano-SCE e mautu, aua e leai ni tumutumu mo le faʻaitiitia o le vai poʻo le faʻamaʻiina o le vai na matauina i le inert TiN electrode (Fig. 2) poʻo le TiO2 thin-film electrode, lea e ese mai ai gaioiga. e fai ma eletise eletise mo le faʻaitiitia o le vai.Nai lo lena, o le eletise eletise o le nano-SCE e talitutusa lava ma le ILE ma faʻamapulaʻaina i le faʻamaʻiina o le TFSI- i le eletise eletise> 4.3 V ma le faʻaitiitia o le TFSI- ma le BMP + i gafatia <1 V versus Li + / Li (33).Mo le fa'atusatusaga, o lo'o fa'aalia se voltammogram mo se ILE ma le 5 mamafa % (wt%) vai fa'aopoopo (fa'atusa mea e pei o nisi nano-SCE; va'ai le laulau S1).I lenei tulaga, o se lala cathodic mo le faʻaitiitia o le vai e fuaina vave pe a maeʻa le maualuga o le Li-intercalation o anatase i le 1.5 V versus Li + / Li.

O le vevela ma le (eletise) mautu o le nano-SCE e tele lava ina fuafuaina e le ILE filler.Thermogravimetric analysis (TGA) na faʻaalia ai le mautu o le vevela o le SCE ma le ILE e oʻo atu i le 320 ° C, e tusa lava po o le a le ILE-to-silica ratio (fig. S4).I luga aʻe o lenei vevela, o le Li-TFSI ma le BMP-TFSI e pala atoa i vaega faʻafefe, ma naʻo le silica matrix e tumau pea ile 450°C.O le pasene tele o totoe pe a mae'a le fa'aleagaina o le vevela e fetaui lelei ma le vaega o le silica i le SCE.

O le nano-SCE e leʻi faʻaalia se microstructure manino i le faʻataʻitaʻiga electron microscopy (SEM) sei vagana ai se mea lamolemole ma ni paʻu silica o loʻo tilotilo i fafo (fig. S5).O le maualuga patino o le SCE na fuafuaina i le helium pycnometer ma e tusa ma le 1.5 g/cm3 mo tau x uma (laua S1).O le silica matrix atoa na faʻaalia e ala i le faʻafefeina o le ILE i totonu o se solvent (silasila i Mea ma Metotia).E ala i le fa'amamago ma le fa'aeteete i le vaega taua o le CO2, e mafai ona maua mai ai le monoliths airgel e pei o le ata 1A.O le suʻesuʻega a le SEM o loʻo faʻaalia ai se faʻailoga o le silica mesoporous ma le 10- i le 30-nm pore diameter, lea o loʻo afifi i le tele o macropores o le 100 i le 150 nm, e pei ona vaaia i le Ata 1 (B ma le C).O le maualuga o le fa'aliliuina o fa'amatalaga fa'aeletonika fa'aeletonika (TEM) (Fig. 1D) na fa'aalia atili ai se microstructure o lo'o fa'apipi'i fa'atasi ma silica nanoparticles.Ole fua ole vaeluaga ole 7 i le 14 nm mo tau x ile va ole 0.5 ma le 1.5.

O le vaega patino o luga [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], porosity, averesi pore lapoa, ma le tele o pore tufatufa na fuafuaina i le N2 adsorption / desorption fua (table S1 ma fig. S6).O se vaega o le pa'u o le fausaga ma le le atoatoa o le aveesea o le ILE adsorbed e ono fa'aseseina numera.Aveese ma le faaeteete o le vai ionic ma faʻagogo faʻagesegese e faʻaaoga ai le CO2 supercritical tuʻuina atu, peitaʻi, faʻatuatuaina taunuuga latalata i le porosity faamoemoe fuafuaina mai le vaega vaega voluma o le ILE i silica (Fig. 1).Ole vaega ole BET ile va ole 800 ma le 1000 m2/g.Ole fua ole pore na maua mai ile malifa ole isotherm ile va ole 7 ma le 16 nm.E le gata i lea, o se vaega laʻititi o pores tetele e oʻo atu i le 200 nm na fuaina (fig. S6), e tusa ai ma faʻamatalaga SEM.O le lautele o pore e fetaui lelei ma le faaluaina o le mafiafia tutusa o le ILE layer na maua mai le vaega o le voluma ILE ma le vaega o le BET, o lona uiga o le mesopores ua tumu atoa i le ILE.

Ole vaega ole luga ole BET ua lipotia e mo na'o mesopores ma macropores.Mo acetone-rinsed matrix, micropores (~ 0.6 nm) sa fuaina foi.O micropores o loʻo maua i le va o nanoparticles silica taʻitasi e fausia ai le fausaga e pei ona faʻaalia i le ata TEM o le Ata 1D.Ole maualuga ole fa'aopoopoga ole va'aiga ile va ole 650 (x = 0.5) ma le 360 m2/g (x = 1.5) ua fa'atatauina (siua S1).

O FTIR ma Raman spectra o loʻo faʻaalia manino faʻamaoniga mo vaega o le silanol o loʻo faʻapipiʻiina mole vai aisa i luga o le silica matrix maualuga-porosity ma vaega sili ona lelei i luga ole 1400 m2/g pe a amanaʻia micropores, mesopores, ma macropores.I le va o le zero ma le tolu vai e tasi e fuaina mai le tele o vai i le nano-SCE mo x <1.75.Mo silica planar, o mea muamua e tolu monolayers o vai adsorbed e moni lava manatu e le gaioi ma malo-pei ona o lo latou malosi o le hydrogen pipii i le OH-terminated luga (32) (silasila i le ata S2).O le fa'alava O─H e feso'ota'i ma le silanol hydrogen fa'apipi'i i se vai aisa e maua i le 3540 cm−1 i le FTIR spectra.O nano-SCE uma o loʻo faʻaalia, ioe, o se tumutumu maʻoti i le 3540 cm−1 mo le vai aisa pe a maeʻa le faʻamagoina ma pe a maeʻa faʻamago i totonu o le pusa totigilima (Fig. 2).E oo lava i le nano-SCE tutusa i le 0.0005% RH (pusa totigilima), o loʻo faʻaalia pea e Raman spectroscopy le i ai o se vaega monolayer (Fig. 4B).O le monolayer lona fa i luga o le silica planar e talitonuina o se faʻaulu solo, o lona uiga o loʻo faʻapipiʻi pea ma faʻasaina ae mafai ona i ai sina gaioiga.Mai le vaega lona lima i luga, ua avea le vai ma feaveai ma pei o le vai.Ole vai pei ole sua ole a fa'aalia ile maualuga ole galu ile fusi ole FTIR ona ole la'ititi ole H-fa'amau ile vai vai.Mo le nano-SCE fa'aalia i le 60% RH, o le 3540-cm−1peak o lo'o fa'aalia moni ai le fa'aopoopoina o vibrations ua si'i atu i le maualuga o le galu ona o le fa'aopoopoina o le vai fa'asusu vai.O le manaia i lenei tulaga o le faʻataʻitaʻiga lea na faʻaalia ai le faʻataʻitaʻiga i le 30% RH, ona e leai se vai vai o loʻo faʻamoemoeina i luga o le silica i lenei susu (fig. S2).Mo lenei fa'ata'ita'iga, na'o le 3540 cm−1 pito i luga ole vai aisa o lo'o va'aia ile FTIR.E le gata i lea, e leai se vai maualuga na maua i le 1635 cm−1 tusa lava pe a maeʻa le 4 aso ile 30% RH.O lona uiga o le vai e le faʻaaogaina e le hygroscopic Li-TFSI faʻamavae i le hydrophobic BMP-TFSI pe a faʻamago le nano-SCE e ala ile vacuum treatment.O le mea lea, so'o se vai fa'aopoopo i totonu o le SCE o le a fa'apipi'iina i luga o le silica fa'amuta OH.O le mea lea, mo le silica planar, o le SCE silica matrix o loʻo i totonu o le paleni ma le mamafa o le vai i le siosiomaga.

Ina ia faʻataʻitaʻiina atili lenei manatu, o le faʻaogaina o le ion o nano-SCE (x = 1, 1.5, ma le 2) na fuaina i le % RH eseese;o faʻataʻitaʻiga na faʻaalia i se faʻafefiloi faʻatonutonuina o le kasa N2 mago ma susu i totonu o se pusa totigilima mo le 2 aso e faʻatagaina ai le vai faʻafefeteina e oʻo i le paleni (Fig. 3D).Mo togi i le ~ 0% RH, o le conductivity mo le equilibrated nano-SCE i le pusa totigilima na ave.O le mea e ofo ai, o le fa'aogaina o le ion ma le RH(%) fa'amatalaga na mulimulita'i i le amio fa'amoemoeina mo le su'eina o le vai i luga o le silica planar (fig. S2).I le va o le 0 ma le 30% RH, ua fa'atuputeleina le conductivity i le fa'ateleina o le RH.e pei ona fa'amoemoeina mo se fa'atuputeleina o le mafiafia o le fa'aaisa fa'apipi'i fa'apipi'i ma le mafiafia (e tutusa ma le tasi i le tolu fa'a aisa i luga o le silica planar).Manatua o le FTIR na faʻaalia e leai se vai e maua fua i le nano-SCE mo ni nai aso ile 30% RH.O lo'o va'aia se suiga ile 50% RH, e fetaui ma tulaga o lo'o fa'amoemoeina ai se vai fa'afefete fa'afefete mo le silica planar.Mulimuli ane, o se faʻaopoopoga tulaga ese o le faʻaogaina o le ion e maua i le 60% ma maualuga atu le susu lea, i le tutusa ma le planar silica, i le taimi nei, o se vai-pei o le vai e foliga mai e fausia i le va o le silica ma le ILE faʻapipiʻi.Faatasi ai ma le FTIR, o se vai vai i luga o le aisa ua iloa nei e ala i le suiga o le silanol / aisa / vai maualuga vibrational maualuga i le malosi maualuga (Fig. 2A).O le suiga vaaia i le conductivity e mafai ona fesuiaʻi;o lea, o le nano-SCE e mafai ona galue o se masini susū ma se Li-ion electrolyte.Mai le Ata 3D, o le ion conductivity o le nano-SCE i le taimi lava pe a uma gaogao anneal fetaui ma se equilibrium hydrated silica o le ~ 10% RH.O le fa'aosoina o le ion mo le saturation i tulaga o le potu mago (~ 0.5% RH) e tusa ma le 0.6 mS/cm (mo x = 2).O lenei fa'ata'ita'iga o lo'o fa'aalia manino ai le a'afiaga o le vai fa'afeso'ota'i i luga o le fa'aoso o ion.Mo le RH> 60%, e mafai ona faʻamatalaina le maualuga o le ion conductivity e ala i le faʻasalalau vave o le Li + faʻamaʻapeʻa e ala i le faʻafefe pei o le vai.Ae peita'i, i le tulaga o se fa'aa'aisa malo, o le fa'asalalauina o le Li + ion o le a avea ma fa'asalalauga tu'aiga malo ma fa'apea e fa'agesegese ai nai lo le vai ionic lava ia.Nai lo lena, o le faʻaleleia e faʻatatau i le faʻaleleia atili o le faʻaogaina o anion ma cation o le Li-salt ma le ionic liquid molecules, e pei ona faʻaalia i le faʻataʻitaʻiga o loʻo i lalo.

Matou te tuʻuina atu se faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻapipiʻiina ai mole o le vai ionic i luga o le silica e ala i alalaupapa-H faʻatasi ai ma le faʻaogaina o le aisa i luga o vaega silanol (Fig. 4).O le natura faʻapitoa o le hydrolysis condensation reaction e maua ai le silanol density maualuga (4 × 1014 i le 8 × 1014 cm−2, lea e fetaui lelei ma le mamafa o le tasi monolayer o le aisa ma ~ 8 × 1014 mole vai i le cm2) (34).O faʻamaoniga mo fesoʻotaʻiga mole mole i le va o atoms O o le TFSI anion ma le silica o loʻo tuʻuina mai e le FTIR, lea e faʻaalia ai le faʻaluaina o le maualuga o le O═S═O mo nano-SCE uma pe a faʻatusatusa i le faʻamatalaga ILE (Fig. 4A; spectra atoa. i le ata S8).O le suiga o le tumutumu faaopoopo e tusa ma le −5 cm−1 mai le 1231 cm−1 o loʻo faʻaalia ai le fusia o vaega O═S═O mo le itiiti ifo o se vaega o le TFSI anion.O le mea lea, o le faʻapipiʻiina o le TFSI i luga o le vai aisa ua manatu.Mulimuli ane, o le tele o le hydrophobic BMP cations e fesoʻotaʻi ma le vaega muamua o le TFSI, faʻamaeʻaina le faʻapipiʻi muamua o mole mole vai.Ae mo le vaega aisa, o molelaula BMP-TFSI adsorbed e manatu e tele lava ina le gaioi, ma faʻalauteleina ai le faʻamaʻa pei o le aisa i luga o le silica.Talu ai ona o le TFSI anion o loʻo i ai se vaega tutusa O═S═O, e tasi le okesene atom e mafai ona fegalegaleai ma le hydroxylated silica luga ae o le isi e fai ai mea pipii mo cation BMP.O le TFSI anion e lua foʻi vaega O═S═O, faʻamautinoa le faʻapipiʻiina ma le mafiafia o le faʻatonuga o le anion monolayer.Adsorption e sili ona lelei i le tulaga o se vaega aisa mafiafia ma le maualuga maualuga o OH-vaega e mafai ona pipii ai.I le i ai o na'o vaega silanol, o le adsorption atonu e le lava le malosi e fausia ai se faʻasalalauga faʻaauau.E le gata i lea, o le faateleina o le numera o le aisa monolayers ua iloa e faateleina ai le malosi o le hydrogen bond (35).Manatua o fegalegaleaiga mole i le va o le BMP cation ma le TFSI monolayer okaina o le a ese mai i le vai ionic lea e iai le saolotoga o le TFSI anion ma e leai se polarization mai se pito i lalo.O le moliaga o le tele BMP cation e moni lava tufatufaina atu i luga o le tele o atoms e ala i le polarization o sootaga totonugalemu ma e ala i fegalegaleaiga mole ma lona siosiomaga kemikolo ma, aemaise lava, le adsorbed TFSI anion.O le sootaga H i le va o le O-vaega o le TFSI anion ma le OH-faʻamuta o le vaega aisa o loʻo faʻaalia nei se dipole i luga o le faʻasalalauga muamua, faʻaosofia atili le faʻatonuga mole mole e ala i le mafutaga.E talitonuina i le taimi nei, o le laʻititi Li-TFSI molelaʻau faʻapipiʻi i luga o le mole mole lea e toe totogi ai e le anion TFSI le tau o le dipolar lelei o totoe o le tasi poʻo le sili atu o le BMP cations i le pito i luga, ma faʻamavae ai lona sootaga ma lona Li. iona.I lenei auala, o le faʻaogaina o le free Li + ua faʻateleina i lenei atinaʻe, e taʻitaʻia ai le maualuga o le ion conductivity.O le mea lea, e sili atu le mafiafia ma le mafiafia o le aisa ona faʻafeiloaʻi ai se dipole lapoʻa ma le maualuga o le tau totoe e totogi ai, e maua ai le maualuga maualuga o le Li + faʻatasi ma faʻapea le faʻauluina o ion.

I le pito i luga ole laiga ILE fa'apipi'i, po'o le isi vaega ILE e mafai ona fa'apipi'i tutusa ma le aisa multilayers i luga o le silica po'o le toso dipole o le vaega aisa e vaivai tele ma o lo'o i luga le ILE mama e fusifusia, ona mafai lea ona tu'uina atu le fa'asusu pei o le vai mo o le Li + ion ua tuʻuina atu i le vaega pito i lalo ole adsorbed (Fig. 4C).O le suiga ole fua ole Li+ ion concentration na fa'amaonia e le NMR ma le Raman spectroscopy fua.O fua fa'atatau a Raman o lo'o fa'aalia ai o lo'o i ai moni lava le vaega tele o Li + ion e leai se totogi i le nano-SCE fa'atasi ai ma le tele o vai aisa e fusifusia i le silica (Fig. 5).O le Raman e fuaina le fesoʻotaʻiga o le cation ma le TFSI e ala i le suʻeina o le vibration o le N-vaega o le TFSI anion (36).I le vai mama BMP-TFSI ionic, na o le tasi le tumutumu i le 741 cm−1 o loʻo vaʻaia.I le tulaga o le ILE mama, o se tumutumu faaopoopo o loʻo vaaia i le 746 cm−1 lea e lua TFSI anion e faʻamaopoopo ma se tasi Li + ion [silasila i le density functional theory (DFT) calculations in Materials and Methods].Mo nano-SCE uma, o le maualuga maualuga i le 746 cm-1 e sili atu le vaivai nai lo le ILE, e faʻaalia ai se vaega laʻititi o le Li-TFSI e fesoʻotaʻi ma, o le mea lea, o se vaega tele o Li + cation e le faʻafesoʻotaʻi pe leai.E matua fa'aitiitia le tumutumu mo na nano-SCE o lo'o fa'aalia ai le fa'aleleia atili o le amio, fa'atusa, oi latou e sili ona mafiafia le aisa.Mo le nano-SCE i le paleni i totonu o le atigipusa totigilima, ae, o se vaega o le Li + saoloto e fuaina e ui ina laʻititi tele nai lo faʻataʻitaʻiga vacuum-annealed.O le fua faatatau o le maualuga maualuga mo le 746 i luga ole 741 cm−1 Raman suiga ona o se fua o le fua faatatau o le saoloto i TFSI-fesoʻotaʻi Li-ions (Fig. 5B).Ole si'itia laina ole vaega ole Li+ ion e leai se totogi ma le tau x e mulimulita'i lelei ile tulaga o le fa'aleleia atili o le amio ma le tau x ile Ata 3B, e lua mo le nano-SCE fa'amago mamago (aso 0) ma le SCE i le paleni ma le fa'amago o le totigilima (aso. 138).

(A) Raman spectra o se vai ionic (IL; laina lanumoana togitogi) ma le ILE faasinomaga (ILE; laina togitogi) o pei ona saunia nano-SCE (vacuum mago) ma x tau o le 0.5 (lanu meamata), 1.5 (samasama) , ma le 2 (lanu enaena) ma le nano-SCE (x = 1.5) faʻamago faʻamago i totonu o le totigilima pusa mo le 30 aso poʻo le latalata i le saturation i le 0.0005% RH (lanu mumu).O laina tu'usa'o e fa'aigoaina le suiga Raman mo le TFSI ma lona N ogatotonu fa'amaopoopo i le Li+ (746 cm−1) ae le fa'amaopoopo i le Li+ (741 cm−1), i le faasologa.(B) Fuafuaga o le saoloto i le faamaopoopoina Li + o nano-SCE e pei o synthesized (mamago gaogao, li'o uliuli) ma fa'amgo fa'amamago i pusa totigilima ma le 0.0005% RH mo le 30 aso (taimane lanumoana), e fetaui ma le fua faatatau o le malosi fa'atasi o le O tumutumu o Raman (746 cm−1 i luga ole 741 cm−1).(C) PFG-NMR-e maua mai Li + fa'asalalauga fa'atasi o le nano-SCE (taimane mumu) ma le ILE ref.(faatafafa uliuli) e fai ma galuega o le va i le va o pulus maneta gradient.O faʻataʻitaʻiga faʻapitoa i luga o Raman spectra na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le DFT faʻatusatusaga.

Mai le pulsed-field gradient NMR (PFG-NMR), o le faʻasalalauina o le tagata lava ia o ituaiga eseese o le Li-ion na faʻamoemoeina e avea o se galuega o le va o le va o le gradient magnetic field pulses ∆ mo le ILE sua vai ma mo se nano- SCE (x = 1.5) faʻatasi ai ma le faʻaogaina o ion tutusa o le 0.6 mS / cm (Ata 5C).O le Li+ self-diffusion coefficient i le ILE reference sa tumau, e taʻu mai ai e naʻo le tasi pe tele ituaiga o Li e tutusa lelei le gaoioi o loʻo iai i totonu o le vai.Mo le nano-SCE, o le faʻasalalauga o le tagata lava ia e fesuisuiaʻi ma ∆ ma sili atu i le ILE i le puʻupuʻu ∆, e faʻaalia ai le i ai o ituaiga faʻavavevave e tali naʻo taimi pupuu i le va o pulupulu mageta.O le gradient i le fa'asoasoaina o le tagata lava ia e ta'u mai ai e soso'o ma le fa'atuputeleina o le Li-ion fa'asa'oloto, e pei ona fa'ailoa mai i le spectroscopy a Raman, o le malosi fa'aagaoioia mo fa'asalalauga e fa'aitiitia fo'i i totonu o le fa'aulu o le mesophase.E lagolagoina e lenei mea le faʻaleleia atili o le amio na faʻaalia e le (sili atu) free Li + ion i le mesophase layer.I le umi ∆, o le fa'asalalauga o le tagata lava ia na maualalo ifo nai lo le fa'amatalaga ILE.Ole mea lea e fa'amaonia ai le tele o le fa'aosoina ole ion mo le pusa totigilima-tumu nano-SCE fa'atusatusa ile ILE.O le ILE o lo'o fa'atumauina i totonu o le mesopores o le a maualuga le viscosity ona o le fa'atapula'aina o gaioiga mole.O le mea lea, o le faʻaleleia atili e ala i le fatuina o Li-ioni faʻasalalau vave i le silica / aisa / ILE e tatau ona faʻafefe ai le faʻaitiitia o le amio i totonu o le pu.O lo'o fa'amatalaina ai le leai o se fa'aleleia atili i faiga fa'avae e le maua ai e feso'ota'iga le fa'alauteleina o le fa'aosoina o ion (fig. S1).

O le faʻamautuina o le eletise o le nano-SCE e faasaga i le uʻamea lithium na faʻataʻitaʻiina i le faʻaogaina o le tolu-electrode setup (schematic o le seti o loʻo faʻaalia i le ata S7).O le uiga o loʻo iai nei o le Li / SCE (x = 1.5) ma le Li / ILE afa-cell o loʻo faʻaalia i le Ata 6A.Ae mo le faamalama eletise i le Ata 2, o le eletise e faʻatapulaʻaina e le ILE faʻatumu.O lo'o matauina le fa'aliliuina o le litium fa'apipi'i ma le fa'amama.O se tulaga mautu electrolyte interphase (SEI) faavae ua faia i metallic lithium ma se RSEI e uiga i 0.9 kilo-ohm · cm2, e nafa ma le pa'ū tele IR i le curve iU i itu uma cathodic ma anodic.O le cathodic current i fofo ILE mama e leʻi faʻaalia se faʻamaʻi i lalo i le -2.5 mA / cm2.Ae ui i lea, o le anodic dissolution na faʻaalia ai se tumutumu passivation faʻatasi ai ma se tulaga tumau anodic o loʻo naʻo le 0.06 mA / cm2.O le lala cathodic o loʻo i ai nei i le fesoʻotaʻiga Li / SCE solid-solid na faʻaalia ai le leai o se hysteresis mo cathodic currents i lalo ifo o le -0.5 mA / cm2.Ae ui i lea, o le tetee a le SEI e tusa ma le faaluaina.E faapena foi, o le anodic peak sa maualalo ma o le tulaga tumau i le taimi nei pe a uma le anodic passivation peak o le 0.03 mA / cm2, na o le afa o le ILE solution mama.O le faʻavaeina o le SEI ma le passivation layers i totonu o pores o le SCE faʻatapulaʻaina le taimi nei i le lithium metal.O voltammograms uma mo le Li / ILE ma le Li / SCE electrodes na toe faʻaleleia i luga o le tele o taamilosaga, e faʻaalia ai o le anodic passivation layer ma le vailaʻau SEI layer e toe faʻafoʻi ma mautu.O le faʻagesegese o le faʻamavaeina o kinetics i le Li / SCE faʻafesoʻotaʻi e matua faʻatapulaʻaina le faʻatinoga o le afa-selau e faia i Li metal anodes i lalo.

(A) Cyclic voltammogram of nano-SCE (x = 1.5, e pei ona faʻapipiʻiina pe a uma le faʻamagoina o le gaogao) (mumu) ma le ILE faʻamatalaga (uliuli) fuaina i le tolu-electrode configuration ma Li e pei o galuega, faʻatau, ma faʻamatalaga eletise (SEI tetee fuafuaina mai IR pa'u i luga cathodic current o 0.9 ma 1.8 kilo-ohm·cm2 mo ILE ma SCE, faasologa).(B) Gavanic tau / lafoaʻi pupuni o Li / SCE (x = 1) / 100-nm manifinifi-film LiMn2O4 sela mo taʻamilosaga e lima i C-fua faatatau o le 1C, 5C, ma le 20C.(C) Cyclic voltammograms o le Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 ma Li / SCE / 30-μm LiFePO4 paʻu eletise eletise (1 mV / s).(D) Galvanic totogi / faʻamalo faʻamalo o Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 paʻu eletise i le 1C, 0.1C, 0.2C, ma le 0.02C.(E) Galvanic tau / faʻamalo faʻamalo o le Li / SCE / 30-μm LiFePO4 paʻu eletise i le 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, ma le 0.01C.(F) Malosiaga (faatumu taimane mo delithiation ma tatala sikuea mo lithiation) versus cycle numera o le Li/SCE/30-μm LiFePO4 pauta eletise;o le mafiafia o le SCE i sela e tusa ma le 280 μm.Ole maualuga ole LFP ma le LTO cathode e tusa ma le 1.9 ma le 11.0 mg / cm2, i le faasologa.(G) Pi'opo'o fa'atatau i taimi ole fa'aputuga Li/SCE/Li o lo'o fa'ata'amilo ile mafiafia ole 0.1, 0.2, 0.5, ma le 0.1 mA/cm2.(H) O le 1st, 10th, 125th, ma le polarization mulimuli o le Li / SCE / Li faʻapipiʻi faʻamalosia i le 0.1 mA / cm2, faʻaalia i le (G).Mo (G) ma le (H), o le SCE o loʻo i ai le conductivity o le 0. 34 mS / cm, ma le mafiafia o le SCE pellet o le 0.152 cm.

O le 100-nm LiMn2O4 (LMO) ata manifinifi sa fa'aaogaina e fai ma fa'ata'ita'iga lelei eletise e fa'ata'ita'i uma ai le mautu o le nano-SCE ma le mea fa'aeletise a'o fa'ate'aina fa'afitauli tau feso'ota'iga i vaega fa'aeletise tu'ufa'atasi (37).Ole fa'atinoga ole uila ole fa'ameamea manifinifi-film electrode/SCE fa'aputuga fa'aalia le mautu o le feso'ota'iga i le va o le electrode ma le electrolyte.I lenei faʻataʻitaʻiga seti ata manifinifi, e naʻo le tasi le fesoʻotaʻiga faʻafesoʻotaʻi e tasi, faʻamalamalama lelei, ma faʻapipiʻi i le va o le electrolyte ma le electrode, o lona uiga, o se tulaga lelei e suʻesuʻe ai le eletise o le eletise / eletise eletise e aunoa ma ni faʻafitauli o le suiga o le voluma. , ma isi. Fa'apena fo'i i lenei fa'ata'ita'iga, e le fa'atapula'aina le fa'atinoga o le fua faatatau e le Li-foil counter electrode, e pei o le mamafa o lo'o i ai nei (6 μA / cm2 mo le 1C) o lo'o i lalo ifo o le tulaga tumau anodic i le taimi nei mo le lithium afa- sela (0.03 mA/cm2).E mafai ona toe gaosia ma fa'amautu fa'atonuga/tu'u'esega e maua mo le tipi tipi i le 4.3 V mo C-fuainumera i le va o le 1 ma le 20C mo le sili atu i le 20 taamilosaga (Ata 6B).LMO e le mautu i se eletise eletise mo LiB.Mo se faʻataʻitaʻiga, o le 50% o le faʻaitiitia o le malosi na matauina i luga o le 100-nm LMO ata tifaga faʻaalu mo le 10 taamilosaga i se LiClO4 / propylene carbonate electrolyte i le 1C (37).O a matou faʻaiʻuga e faʻaalia ai o le nano-SCE e sili atu ona fetaui ma le LMO nai lo le eletise eletise masani.

Ina ia faʻaalia le tuʻufaʻatasia o le nano-SCE, matou te faʻapipiʻiina foi le afa-cells ma Li4Ti5O12 (LTO) ma LiFePO4 (LFP) paʻu eletise.O le vaifofo muamua na pa'ū-tu'u i totonu o le sela tupe e fa'asusu ai le electrodes porous ma tu'u ai mo le fa'amago atili a'o le'i fa'amago ma fa'amama-fa'apena tutusa e pei o pellets nano-SCE.O sela o loʻo faʻaalia ai le faʻaogaina o le lithiation / delithiation o le eletise tutusa (Fig 6C).Ole maualuga pito i lalo ole au mo LFP nai lo le LTO e mafua ona ole eseesega ole mafiafia o le ufiufi.O le faʻatinoga o le faʻatinoga i le taimi o fua / faʻasalaga ua faʻatapulaʻaina nei e le Li-foil counter electrode oomi i luga o le nano-SCE layer na faia i luga o le 30- i le 40-μm-mafiafia electrode coatings (Fig. 6, D ma E).O le LTO / nano-SCE / Li cell na ausia lona maualuga maualuga o le 160 mA · itula / g naʻo le maualalo C-rate o le 0.02C (Fig. 6D).E vave ona pa'ū le gafatia avanoa i le C-rate i lalo ifo o le 10% mo le C-rate e sili atu nai lo le 0.1C.E faʻapea foʻi, o le LFP / SCE / Li cell na ausia lona maualuga maualuga e tusa ma le 140 mA · itula / g i le 0.01C (Fig 6E).Ata 6F o lo'o fa'aalia ai le fa'atinoga o fua faatatau mo le aofa'i o ta'amilosaga e 30, fa'aalia ai le fa'atulagaina o sela mautu.O nei suʻesuʻega e faʻaalia ai le faʻaogaina o le nano-SCE e pei o le Li-ion electrolyte ma le mafai ona tuʻufaʻatasia i sela Li-ion.

O le mautu poʻo le cyclability o le nano-SCE na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le Li / SCE / Li faʻapipiʻi tutusa.Na fa'ata'amilo mo le sili atu i le 120 ta'amilosaga i le maualuga o lo'o i ai nei o le 0.1 mA/cm2 mo le 0.5 itula (Ata 6G) e aunoa ma ni fa'afitauli po'o le fa'avaeina o dendrite (Fig 6H).O le voltage polarization na faʻaitiitia le taimi, faʻaalia le faʻaleleia atili o fesoʻotaʻiga.E le gata i lea, o le cell na faʻamalosia e oʻo atu i le densities o loʻo i ai nei o le 0.5 mA / cm2, e aunoa ma se faʻavaeina o le lithium dendrites poʻo faʻailoga o le faʻaleagaina o le nano-SCE poʻo le atinaʻe (Fig 6G).O le lithium u'amea ua iloa e fausia ai se puipui interphase puipui po'o SEI i luga o lona pito i luga ole BMP-TFSI ILEs (27).O lenei tali e tupu foi i le lithium / nano-SCE interface;e pei ona talanoaina i lalo o le Ata 6A, o le SEI atonu e tupu aʻe i totonu o pores, faʻamatalaina le maualuga o le SEI teteʻe mo nano-SCE nai lo ILE (silasila i luga).O faʻamaoniga mo se SEI layer na maua mai le IR spectra (fig. S9).E tutusa ma se SEI faʻapipiʻi i le LiB masani, lea e siaki ai le graphite electrode mai le electrolyte vai e aloese ai mai le faʻaalia atili, matou te talitonu o le SEI iinei e puipuia ai foi le vai aisa mai isi tali mai le anode lithium metallic.Impedance spectra i luma ma ina ua uma le polarization o le Li / nano-SCE (x = 1.5) mo 10 itula e leʻi faʻaalia se suiga i le tele o le electrolyte teteʻe.E mana'omia fua fa'atinoga umi o le ti'eti'e uila e fa'amago lemu ai le nano-SCE e ala i le u'amea lithium, ae o nei fa'ai'uga ua fa'aalia ai lona gafatia mo le fa'ata'amilosaga lelei o le SCE i ma'a malo-malosi fa'avae lithium.Ae ui i lea, e mafai ona mafaufauina mea faʻapipiʻi interphase e faʻaleleia atili ai le faʻaogaina o fesoʻotaʻiga.

Ua matou faʻaalia o le faʻalauiloaina o le faʻaogaina o le ion i fesoʻotaʻiga silica e mafai ona ausia e ala i le faʻaofiina o se vai e faʻafefeteina i luga ole OH-terminated silica surfaces.O le TFSI anion e su'e i luga o lenei vai fa'aogaina e ala i le fa'apipi'iina o le hydrogen ma le vaega tutusa O═S═O.O le vai i luga o le vai e le gaioi ma o le mea lea e faʻapipiʻi ai le TFSI faʻapipiʻi i luga.O le tele o le BMP cations e fesoʻotaʻi ma le TFSI monolayer, ma faʻaalia ai le faʻatonuga mole o le TFSI-BMP i luga.Matou te talitonu o le faʻagesegese gelation i totonu o le siʻosiʻomaga aqueous ma le faʻagogo faʻagesegese fesoasoani i le faʻatulagaina tuʻufaʻatasia o le faʻaogaina o le vai faʻaogaina ma le faʻatulagaina faʻatulagaina o ion organic i luga.Aʻo faʻasoa e le vaega muamua o le anion TFSI se vaega o lona tau leaga i le silica hydroxylated, o le BMP cation layer i luga o le a sailia le fesoʻotaʻiga ma se isi TFSI anion, lea e mafai ai e le tele o BMP ona faʻasoa a latou tau e leʻi totogia i le tasi TFSI (atonu e tolu i le tasi e pei o le fua faatatau o le IL i le Li-TFSI i le ILE).A'o fa'alatalata mai molela'au masima Li-TFSI, o le Li + ion o le a ta'ape ma fa'asa'oloto mo le fa'asalalauina vave i luga o lenei fa'aulufale.Mo le fa'aleleia atili, o nei ituaiga Li+ e maua fua e mana'omia a itiiti ifo ma le tasi le fa'aopoopoga vai fa'aopoopo e fealua'i ai.Mo lenei mafuaʻaga, o le nano-SCE faʻatasi ai ma le tau maualalo x o le 0.5 na faʻaalia ai le leai o se faʻaleleia atili o le amio, ona o le ILE voluma / silica luga o le eria e lava mo na o le tasi monolayer tapunia.

Na fa'aalia atili e fa'apea e le'o fa'aogaina le fa'aeletise o le vai i luga e pei o le vai po'o le aisa.I le taimi nei, e le mafai ona tatou faʻateʻaina o le vai aisa e faʻafesoʻotaʻi saʻo ma le eletise eletise e le o tali atu.Ae ui i lea, na matou faʻaalia e faʻagesegese le faʻasalalauina o le vai i luga ma faʻapea e le mafai ona iloa.Matou te iloa o le faʻaleagaina o le vai, tusa lava pe laʻititi, o le a avea pea ma popolega, ma naʻo suʻega umi o le olaga e mafai ona maua ai se tali mautinoa pe o lava le vai.Peita'i, ua mafai nei ona atia'e isi fa'ava'a fa'atino e fa'apena pe sili atu fo'i fa'alauiloa luga.I lenei tulaga, o le vaega o Li ua uma ona faʻaalia le gafatia o se glycidyloxypropyl layer e avea o se vaega galue (18).Ole vai aisa e fa'atatau ile silica ma o lea e fetaui lelei e su'esu'e ai le a'afiaga o le fa'aogaina o luga ole fa'agaioiga o le fa'aoso ole ion, e pei ona fa'aalia lelei iinei.E le gata i lea, o le mesophase layer ma lona dipole o le a faʻalagolago i luga o le oxide ma luga o le faʻaogaina o meaola faʻalaʻau ma mafai ai ona faʻalogoina e lua.I totonu o le fale suʻesuʻe, ua uma ona matou faʻaalia le tele o eseesega i le faʻalauiloaina o le faʻaosoina o le ion mo vai eseese o le ionic.E le gata i lea, o le mataupu faavae o loʻo faʻaalia e lautele agai i le faʻaogaina o le ion ma e mafai foi ona faʻaogaina mo faiga faʻaoga eseese e talafeagai, mo se faʻataʻitaʻiga, mo maa sodium, magnesium, calcium, poʻo alumini ion.I le faaiuga, o le nanocomposite electrolyte faʻatasi ai ma le faʻaogaina o fesoʻotaʻiga o loʻo faʻaalia iinei o se manatu nai lo se mea e tasi, lea e mafai ona sili atu (nano) faʻainisinia i mea manaʻomia o le faʻaogaina o le ion, numera o felauaiga, faʻamalama eletise, saogalemu, ma le tau mo augatupulaga i le lumanaʻi. .

O le nano-SCE na saunia e faʻaaoga ai se metotia sol-gel.Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99.95%), 0.5 ml o H2O deionized, 0.5 ml o TEOS (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%), ma 1 ml o le PGME sa fa'afefiloi i totonu o se fagu tioata.O le fua molar, x, i le va o le [BMP][TFSI] ma le TEOS i le paluga sa fesuisuiai i le va o le 0.25 ma le 2. O le fua molar o le Li[TFSI] ma le [BMP][TFSI] sa fa'amauina i le 0.33:1.Ole aofa'i ole Li[TFSI] ma le [BMP][TFSI] na fa'amauina mai nei fua faatatau.Mo se faʻataʻitaʻiga, pe a x = 1, o le faaopoopo [BMP][TFSI] ma le Li[TFSI] i le vaifofo e 0.97 ma le 0.22 g.O faʻafefiloi na luluina mo le 1 min e fai ai fofo monophasic.O nei vaifofo na teuina i totonu o fagu tapuni e aunoa ma le faʻaosoosoina e fai ai gels i totonu o se potu e pulea le vevela ma le susu (SH-641, ESPEC Corp.) faʻatasi ai ma le vevela ma le RH% seti i le 25 ° C ma le 50%, i le faasologa.Faʻalagolago i le x, o faʻafefiloi na ave, i le averesi, 5 i le 9 aso e fai ai se gel manino.A maeʻa le faʻamalo, o fagu e iai le 2.4- i le 7.4-ml gel na faʻamago muamua i le 40 ° C mo le fa aso atoa i le faʻaititia teisi o le mamafa (80 kPa) ona faʻanofo ai lea i totonu o se ogaumu gaogao mo le 72 itula ile 25°C.A'o aveese le susū o totoe, na faasolosolo malie lava ona fa'aitiitia le vacuum mai le mamafa muamua e tusa ma le 50 Pa i se fa'amaumau mulimuli o le 5 Pa pe a ma le 1 le aso.Ona o le tele o le vai ma le PGME e tatau ona aveese, o le SCE pellets na faʻaitiitia i lalo mai le 20% (x = 0.5) i le ~ 50% (x = 2) o le uluaʻi voluma gel.O le mamafa o gels na maua mai na fuaina i se paleni semimicro (SM 1245Di-C, VWR).

TGA na faia i luga o se Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, ISA) i lalo ole nitrogen.I le taimi o le fua, na faʻamafanafanaina faʻataʻitaʻiga i le 700 ° C i le vevela o le 2 ° C / min.FTIR spectrometry na faia i le faʻaaogaina o le Bruker Vertex 70 i le numera o galu e amata mai i le 4000 i le 400 cm−1 i se auala faʻasalalau.Na faia le pycnometry e faʻaaoga ai le Micromeritics AccuPyc II 1340.

Ina ia fuaina le fa'aosoina o le ionic, o se vaega la'ititi o le SCE na aumai mai le fagu tina i totonu o se pusa totigilima e tumu Ar (0.1-ppm H2O ma le 0.1-ppm O2).E tusa ma le 23 μl o le SCE na faʻatumuina i totonu o le polytetrafluoroethylene (PTFE) mama ma le 4.34-mm le lautele i totonu ma le 1.57-mm le maualuga, e fai ai se pellet.O le pelleti i totonu o le mama sa sanuisi i le va o tisiketi e lua uamea (SS) (0.2 mm mafiafia; MTI).O fua fa'alavelave na faia i le fa'aaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm), fa'atasi ai ma le fa'amauina o le AC o le 5 mV i le fa'asologa o taimi mai le 1 MHz i le 1 Hz.O le ion conductivity (σi) na faʻamoemoeina mai le vavave maualuga faʻatasi ma le axis moni i totonu o fanua Nyquist.A maeʻa le fua o le conductivity, na faʻatagaina le pellet nano-SCE e faʻamago atili i totonu o le pusa totigilima.Mo le fuaina o le fua o le vevela, o le SS/SCE/SS fa'aputuga sa fa'amaufa'ailogaina i totonu o se tupe siliva.A uma ona fa'amaufa'ailogaina, sa tumau pea le fa'aosoina mo ni nai aso (silasila i le ata S3).O le vevela o le tupe siliva e pulea i se peleue vevela ma se taele vevela e faʻaaoga ai le H2O / ethylene glycol e fai ma auala galue.Na muamua fa'alili sela i le -15°C ona fa'a'a'asa lelei lea i le 60°C.

Mai pellet nano-SCE taʻitasi, e tusa ma le 23 μl na aumai i totonu o se mama (4.34-mm le lautele i totonu ma le 1.57-mm maualuga) mo fua eletise saʻo i totonu ole pusa totigilima N2 faʻatumu ma faʻatonutonu le susu.O le mama o loʻo iai le SCE na faʻapipiʻiina i le va o vaʻa SS e lua (0.2 mm mafiafia; MTI).O fua fa'alavelave na faia i le fa'aaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm) fa'atasi ai ma le AC amplitude o le 5 mV ma le tele o taimi e amata mai i le 1 MHz i le 1 Hz e pulea e ala i le polokalama Nova.O faʻataʻitaʻiga na teuina i taʻitasi RH% tau mo le 48 itula aʻo leʻi mataʻituina le faʻatautaia seia oʻo ina faʻamautu.O le faʻamautuina o le faʻaogaina o le ionic mo se tuʻuina atu o le RH% tau (σi) na faʻamoemoeina mai le faʻalavelave maualuga ma le axis moni i totonu o fanua Nyquist.

O le morphology o le pellet ma le leai ma le Li[BMP][TFSI] ILE na siakiina i le SEM e faʻaaoga ai se meafaigaluega Thermo Fisher Scientific Apreo i le 1.5 i le 2.0 kV lea e faʻaogaina i se faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻi lua e faʻaaoga ai le T1 ma le T2 detector i le tutusa mo fetuutuunaiga ola-ata, ma le T2 detector na faʻaaogaina mo le pueina o ata SEM faʻaalia;sa fa'amauina le fa'ata'ita'iga i luga o le lipine fa'aulu carbon.Na faia le TEM e faʻaaoga ai se Tecnai o loʻo galue ile 300 kV.

Na aveese le ILE mai le SCE pellet i ni auala eseese se lua.O le tasi filifiliga e maua ai le silica porous na faia e ala i le faatofuina o le SCE i le acetone mo le 12 itula e aveese ai le Li[BMP][TFSI] ILE.E faatolu ona fai lea fufulu.Ole isi filifiliga ole fa'asusu ole SCE ile ethanol.I lenei tulaga, na aveese le ethanol e ala i le faʻaaogaina o se vai faʻamago mataʻutia CO2.

E lua meafaigaluega eseese na faʻaaogaina mo le faʻamago faʻamago, e pei o le Automegasamdri-916B, Tousimis (metotia 1) ma se meafaigaluega faʻapitoa e le JASCO Corporation (metotia 2).A faʻaaogaina le meafaigaluega muamua, o le faʻamago faʻasologa na amata ile faʻaitiitia o le vevela ile 8°C.Mulimuli ane, na faʻamamaina le CO2 i totonu o le potu, faʻateleina le mamafa i le 5.5 MPa.I le laasaga na sosoo ai, o le CO2 na faʻamafanafanaina i le 41 ° C, faʻateleina le mamafa i le 10 MPa, ma faʻatumauina mo le 5 min.I le faʻaiʻuga, i le laasaga o le toto, na faʻaititia le mamafa i luga o le umi o le 10 min.I le fa'aaogaina o le meafaigaluega fau masani, sa mulimulita'i se fa'asologa fa'apenei.Ae ui i lea, o le taimi ma le mamafa na matua ese lava.A maeʻa le laʻasaga faʻamamaina, na faʻateleina le mamafa i le 12 MPa i le vevela o le 70 ° C ma tumau ai mo le 5 i le 6 itula.Mulimuli ane, o le mamafa na faʻaititia i vaeluaga mai le 12 i le 7 MPa, 7 i le 3 MPa, ma le 3 i le 0 MPa i luga ole taimi ole 10, 60, ma le 10 min, i le faasologa.

Nitrogen physisorption isotherms na fuaina i le T = 77 K i le faʻaaogaina o le Micromeritics 3Flex suʻesuʻega faʻamatalaga mataʻutia.O le silica porous na maua na fa'auluina mo le 8 itula i le 100 ° C i lalo o le 0.1-mbar vacuum.O le silica porous na maua mai le faʻamago faʻamago na faʻamalo mo le 18 itula i le 120 ° C i lalo ole 0.1-mbar vacuum.Mulimuli ane, na fuaina le isotherms physisorption nitrogen ile T = 77 K e fa'aaoga ai le Micromeritics TriStar 3000 otometi kasa adsorption analyzer.

Ole fua ole PFG-NMR na faia ile faʻaaogaina ole JEOL JNM-ECX400.Na fa'aogaina le fa'asologa o le fa'aoso fa'asolo mo le fa'asalalauina.O le fa'aleaogaina o le fa'ailoga fa'aleaogaina, E, o lo'o fa'amatalaina i le fa'atusa (38) E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) pe a g o le malosi lea o le pa'u o le kesi, δ o le umi o le fa'alili. pulus, ∆ o le va i le va o pito taʻitaʻi o pulus gradient, γ o le fua faatatau magnetogyric, ma D o le faʻasalalauga faʻatasi o le molelaʻau.O le fa'asalalauga fa'atasi na fa'atatauina e ala i le fa'aogaina o fa'ailoga si'uleo na maua mai i le suia o le ∆ ma le Fa'atusa.1. 7Li na filifilia e fuafua ai le faʻasalalauga faʻatasi o le lithium ion.O fua uma na faia ile 30°C.

O le Raman spectroscopy setup o se faiga faʻaoga fale e faʻaaoga ai se argon ion e mafai ona faʻalogo i le 458-nm laser excitation light lea na tuʻufaʻatasia i totonu ole Olympus IX71 microscope, ma faʻasalalau le malamalama i tua na pasi atu ile TriVista triple spectrometer setup (Princeton Instruments). ), lea sa fa'aaogaina e fa'asalalauina ai fa'ailo fa'apitoa e maua i le fa'aogaina o se mea pu'e pu'e pu'e pu'e masini e fa'amalieina le nitrogen-cooled charge-coupled device.Ona o le maualuga o le faʻaogaina o mata i nei galu, na faʻaogaina ai le malosi o le laser e aloese ai mai le faʻavevelaina o le laser (<100 W·cm−2).

DFT eleele-setete geometry optimization ma au'ili'ili fa'atatau taimi na fa'aogaina ai le ta'uta'ua o le B3LYP hybrid functional function ma le 6-311++G** seti fa'avae, fa'atasi ai ma le fa'asa'oga fa'ata'apeina a le atom-pairwise a Grimme (39) ma le Becke-Johnson damping scheme (D3BJ), e pei o. fa'atinoina ile ORCA 3.0.3 (40).Raman spectra na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le ORCA, ma o le faʻaaliga o mea mole mole na ausia e faʻaaoga ai le Avogadro software package (41) faʻatasi ai ma le faʻafouina o le ORCA.

O fua fa'aeletise uma ma le sauniuniga fa'ata'ita'iga fa'atatau na faia i totonu o se pusa totigilima e tumu i argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ma H2O maualuga) fa'apitoa mo fa'amatalaga eletise.O le pellet SCE na tuʻuina i luga o se lipine Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) lagolagoina i luga o se ipu 'apamemea e pei o le fata eletise ma lua tuʻi Li tisiketi (5-mm lautele) sa tuʻu i luga o le SCE pellet mo faʻamatalaga ma galue. eletise.O le seti o loʻo faʻaalia i le fig.S7.Na fa'aogaina pine auro e fa'afeso'ota'i ai le fa'asinoga lithium ma eletise galue.Cyclic voltammetry ma impedance fua na faia i le faaaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm) pulea e ala i Nova software.Cyclic voltammetry na faia i se fua faʻataʻitaʻiga o le 20 mV/s.O fua fa'alavelave na faia i le AC amplitude o le 5 mV ma fa'asolo mai le 1 MHz i le 0.1 Hz.

O le 40-nm anatase TiO2 thin-film electrode na teuina i le atomic layer deposition (ALD) i luga o le 300-mm silicon wafer ma le 40-nm TiN underlayer na teuina foi e le ALD.O se su'ega sili ona lelei mo le fa'aalia o le Li-ion conductivity e ala i le electrolytes, ona o le TiO2 e le mafatia i le fa'aleagaina o vaila'au po'o le mamafa o le masini (leai se suiga tele o le voluma) i le taimi o le uila.Ina ia fuaina le Li / SCE / TiO2 cell, na faʻatumu le ILE-SCE i se mama PTFE ma le lautele o le 4.3 mm ma le mafiafia o le 0.15 cm;ona sosoo ai lea ma le mama i le va o le Li iila ma le ata TiO2.

Nano-SCE/thin-film electrode afa fa'aputuga, fa'atasi ai ma le eletise LMO, na fa'apipi'iina e ala i le fa'apipi'iina o le ata nano-SCE i luga o le eletise.Ole aofaʻi ole 150 μl o le x = 1.5 solution, matua mo le 2 aso, na faʻapipiʻiina i totonu o se mama tioata (diameter, 1.3 mm) faʻapipiʻi i luga o ata eletise.Ona fa'amaufa'ailogaina lea o le mama i le parafilm, ma fa'amauina le vaifofo i totonu o se atigipusa fa'amaufa'ailoga mo le 4 aso.O le fa'aputuga gel/electrode fa'apena na fa'amago e fai ai nano-SCE/electrode stacks.O le mafiafia o le nano-SCE, fuafuaina e faʻaaoga ai se micrometer, e 300 μm.Mulimuli ane, o le lithium foil (1.75 mm mafiafia, 99.9%; Sigma-Aldrich) na faʻapipiʻiina i luga o le nano-SCE / electrode stack e pei o le anode.O le 100-nm LiMn2O4 (LMO) manifinifi-film electrode sa teuina e alaleo alapine sputtering i lalo Ar tafe i luga o se kasa wafer ufiufi i 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) underlayers.O lenei faaputuga na faʻapipiʻiina mo le 20 min i le 800 ° C i le ea okesene.

LiFePO4 (LFP) ata eletise na saunia e ala i le ufiufi o lau.Muamua, o le carbon black ma le LFP (2 i le 3 μm) na faʻaopoopoina i se vaifofo vai o loʻo i ai le carboxymethylcellulose (CMC) e fai ai se paluga na mulimuli ane faʻafefiloi e faʻaaoga ai se paluga paneta.Ona, o le oloa homogenized na fefiloi ma vai deionized ma se fluorinated acrylic latex (JSR, TRD202A) i totonu o se masini faafefiloi e fausia ai se slurry mo le coating electrode.O le slurry ua saunia na lafo i luga o pepa alumini e teu ai ata eletise e faʻaaoga ai se faʻapipiʻi lau.O nei eletise susu ua fa'apipi'iina na vave fa'agogo i totonu o se ogaumu ea ma le ea fa'afefe i le 70°C mo le 10 min ma toe fa'amago i le 140°C mo le 4 itula i totonu o se ogaumu gaogao.O ata mago eletise e aofia ai le 91 wt% LiFePO4, 3 wt% carbon black, 2 wt% CMC, ma le 4 wt% TRD202A.O le mafiafia o le ata e 30 μm (fa'atatau i le fa'aogaina o le micrometer ma le su'esu'eina o le microscope electron).

Li4Ti5O12 (LTO) ata eletise na faia i luga o pepa apamemea i le auala lava e tasi.O le tuufaatasiga o electrodes mago o le 85 wt% Li4Ti5O12, 5 wt% carbon black, 5 wt% CMC, ma le 5 wt% fluorinated acrylic latex (TRD2001A).O le mafiafia o ata e 40 μm.

O le vaifofo o le SCE na tu'u i lalo i luga o le ata fa'aeletise o le LFP ma le LTO.Muamua, o le 100 μl o le x = 1.5 fofo, matua mo le 2 aso, na faʻapipiʻiina i luga o se ata eletise, ma le lautele o le 15 mm, tuʻu i totonu o se tupe siliva (#2032, MTI).A maeʻa ona faʻafefeteina le SCE faʻamago, faʻamago le ata i le 25 ° C mo le 72 itula i totonu o se ogaumu mama (<5 × 10−2 mbar) e fai ai le nano-SCE ma le faʻapipiʻi eletise.O le nano-SCE mafiafia sa 380 μm.Mulimuli, sa oomi se pepa lithium i luga o le SCE/electrode stacks e pei o le anode, ma faamaufaailogaina le sela tupe.Ole fua ole eletise na faia ile faʻaaogaina ole Solartron 1470E potentiostat ile vevela ole potu.

O mea faʻaopoopo mo lenei tusiga o loʻo avanoa ile http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

Laulau S1.O meatotino faʻavae o le silica matrix i le nano-SCE mo le faʻateleina o vaega molar o le vai ionic i le silica (x tau) faʻamoemoeina mai le N2 adsorption / desorption poʻo BET fua ma faʻamatalaga TEM.

Ole tala lea e tatala avanoa fa'asalalauina i lalo ole aiaiga ole Creative Commons Attribution-NonCommercial laisene, lea e fa'ataga ai le fa'aoga, tufatufaina, ma le toe gaosia i so'o se ala, pe afai o le fa'aaogaina e le mo le fa'atauga fa'apisinisi ma tu'uina atu le galuega muamua e sa'o. ta'ua.

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Taimi meli: Iul-15-2020