Ẹ ṣeun fún ṣíbẹ̀wò sí nature.com. Ẹ̀yà ẹ̀rọ ìṣàwárí tí ẹ ń lò ní àtìlẹ́yìn CSS díẹ̀. Fún ìrírí tí ó dára jùlọ, a gbà yín nímọ̀ràn láti lo ẹ̀yà ẹ̀rọ ìṣàwárí tuntun (tàbí pípa ipò ìbáramu nínú Internet Explorer). Ní ​​àfikún, láti rí i dájú pé àtìlẹ́yìn ń bá a lọ, ojú-òpó yìí kò ní ní àwọn àṣà tàbí JavaScript.
Nítorí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ohun èlò sodium, àwọn bátírì sodium-ion (NIBs) dúró fún ojútùú mìíràn tó dájú fún ìpamọ́ agbára electrochemical. Lọ́wọ́lọ́wọ́, ìdènà pàtàkì nínú ìdàgbàsókè ìmọ̀ ẹ̀rọ NIB ni àìsí àwọn ohun èlò electrode tí ó lè tọ́jú/tú àwọn ion sodium padà fún ìgbà pípẹ́. Nítorí náà, ète ìwádìí yìí ni láti ṣe ìwádìí nípa ipa tí àfikún glycerol ní lórí polyvinyl alcohol (PVA) àti sodium alginate (NaAlg) àdàpọ̀ gẹ́gẹ́ bí ohun èlò electrode NIB. Ìwádìí yìí dojúkọ àwọn àpèjúwe ìbáṣepọ̀ ètò-ìṣiṣẹ́ elekitironiki, thermal, àti quantitative (QSAR) ti polymer electrolytes tí ó dá lórí PVA, sodium alginate, àti glycerol àdàpọ̀. Àwọn ohun ìní wọ̀nyí ni a ṣe ìwádìí nípa wọn nípa lílo àwọn ọ̀nà semi-empirical àti density functional theory (DFT). Níwọ́n ìgbà tí ìwádìí ìṣètò fi àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀ ìbáṣepọ̀ láàrín PVA/alginate àti glycerol hàn, a ṣe ìwádìí nípa agbára gap band (Eg). Àwọn èsì náà fihàn pé àfikún glycerol yọrí sí ìdínkù nínú iye Eg sí 0.2814 eV. Àwòrán agbára electrostatic molikula (MESP) fi ìpínkiri àwọn agbègbè ọlọ́rọ̀ elekitironi àti àwọn elekitironi àti àwọn ìdíyelé molikula hàn nínú gbogbo ètò elekitironi. Àwọn pàrámítà ooru tí a kẹ́kọ̀ọ́ nípa wọn ní enthalpy (H), entropy (ΔS), agbára ooru (Cp), agbára Gibbs (G) àti ooru ìṣẹ̀dá. Ní àfikún, a ṣe ìwádìí lórí ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àpèjúwe ìbáṣepọ̀ ìṣètò-ìṣiṣẹ́ oníwọ̀n (QSAR) bíi àkókò dipole gbogbo (TDM), agbára àpapọ̀ (E), agbára ionization (IP), Log P àti polarizability nínú ìwádìí yìí. Àwọn àbájáde náà fi hàn pé H, ΔS, Cp, G àti TDM pọ̀ sí i pẹ̀lú ìwọ̀n otútù àti glycerol tí ń pọ̀ sí i. Ní àkókò kan náà, ooru ìṣẹ̀dá, IP àti E dínkù, èyí tí ó mú kí ìṣiṣẹ́ àti polarizability sunwọ̀n sí i. Ní àfikún, nípa fífi glycerol kún un, folti sẹ́ẹ̀lì pọ̀ sí i sí 2.488 V. Àwọn ìṣirò DFT àti PM6 tí ó dá lórí àwọn electrolytes PVA/Na Alg tí ó ní iye owó tí ó munadoko fihàn pé wọ́n lè rọ́pò àwọn bátírì lithium-ion díẹ̀ nítorí iṣẹ́-ṣíṣe wọn, ṣùgbọ́n a nílò àwọn àtúnṣe àti ìwádìí síwájú sí i.
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé a ń lo àwọn bátírì lítíọ́mù-ion (LIBs) dáadáa, lílò wọn dojúkọ ọ̀pọ̀lọpọ̀ ààlà nítorí ìgbésí ayé wọn fún ìgbà kúkúrú, owó gíga, àti àwọn àníyàn ààbò. Àwọn bátírì lítíọ́mù-ion (SIBs) lè di àyípadà tó ṣeé ṣe sí LIBs nítorí wíwà wọn ní gbogbogbòò, owó tí ó rẹlẹ̀, àti àìsí majele ti èròjà sodium. Àwọn bátírì lítíọ́mù-ion (SIBs) ń di ètò ìpamọ́ agbára tó ṣe pàtàkì síi fún àwọn ẹ̀rọ electrochemical1. Àwọn bátírì lítíọ́mù-ion gbára lé àwọn electrolytes gidigidi láti mú kí ìrìn ion rọrùn àti láti mú kí iná mànàmáná tàn kálẹ̀2,3. Àwọn electrolytes omi jẹ́ iyọ̀ irin àti àwọn ohun olómi organic. Àwọn ohun èlò tó wúlò nílò àkíyèsí tó wúlò nípa ààbò àwọn electrolytes omi, pàápàá jùlọ nígbà tí bátírì bá wà lábẹ́ ìdààmú ooru tàbí iná mànàmáná4.
A nireti pe awọn batiri Sodium-ion (SIBs) yoo rọpo awọn batiri lithium-ion laipẹ nitori ọpọlọpọ awọn ipamọ okun wọn, aibikita majele, ati idiyele ohun elo kekere. Ṣiṣẹpọ awọn ohun elo nanomaterials ti mu idagbasoke ibi ipamọ data, awọn ẹrọ itanna, ati awọn ohun elo opitika yara. Pupọ ti awọn iwe ti fihan lilo awọn ohun elo nanostructures oriṣiriṣi (fun apẹẹrẹ, awọn oxides irin, graphene, nanotubes, ati awọn fullerenes) ninu awọn batiri sodium-ion. Iwadi ti dojukọ idagbasoke awọn ohun elo anode, pẹlu awọn polymers, fun awọn batiri sodium-ion nitori ilopọ wọn ati ore ayika. Ifẹ iwadii ni aaye awọn batiri polymer ti a le gba agbara yoo pọ si laiseaniani. Awọn ohun elo polymer elekitirodu tuntun pẹlu awọn ẹya ati awọn ohun-ini alailẹgbẹ ṣee ṣe lati ṣii ọna fun awọn imọ-ẹrọ ipamọ agbara ti o ni ibatan si ayika. Botilẹjẹpe a ti ṣawari awọn ohun elo polymer elekitirodu oriṣiriṣi fun lilo ninu awọn batiri sodium-ion, aaye yii tun wa ni awọn ipele ibẹrẹ idagbasoke rẹ. Fun awọn batiri sodium-ion, awọn ohun elo polymer diẹ sii pẹlu awọn iṣeto eto oriṣiriṣi nilo lati ṣawari. Láti inú ìmọ̀ wa lọ́wọ́lọ́wọ́ nípa bí a ṣe ń tọ́jú àwọn ion sodium nínú àwọn ohun èlò polymer electrode, a lè sọ pé àwọn ẹgbẹ́ carbonyl, àwọn free radicals, àti àwọn heteroatoms nínú ètò ìsopọ̀pọ̀ lè ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí àwọn ibi tí ń ṣiṣẹ́ fún ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú àwọn ion sodium. Nítorí náà, ó ṣe pàtàkì láti ṣe àwọn polymer tuntun pẹ̀lú ìwọ̀n gíga ti àwọn ibi tí ń ṣiṣẹ́ wọ̀nyí. Gel polymer electrolyte (GPE) jẹ́ ìmọ̀ ẹ̀rọ mìíràn tí ó ń mú kí ìgbẹ́kẹ̀lé batiri pọ̀ sí i, ìṣiṣẹ́ ion, àìsí ìfọ́, ìyípadà gíga, àti iṣẹ́ rere12.
Àwọn matrices polymer ní àwọn ohun èlò bíi PVA àti polyethylene oxide (PEO)13. Jẹ́lámù oníyẹ̀fun (GPE) ń dín agbára electrolyte omi nínú matrix polymer kù, èyí tí ó ń dín ewu jíjò kù ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ìpínyà ọjà14. PVA jẹ́ polymer oníyẹ̀fun tí a lè jẹrà. Ó ní agbára gíga, ó rọrùn láti lò, kò sì ní majele. A mọ ohun èlò náà fún àwọn ànímọ́ dídá fíìmù rẹ̀, ìdúróṣinṣin kẹ́míkà àti ìfaramọ́. Ó tún ní àwọn ẹgbẹ́ iṣẹ́ (OH) àti ìwọ̀n agbára ìsopọ̀pọ̀ gíga15,16,17. A ti lo ìdàpọ̀ polymer, àfikún plasticizer, àfikún composite àti in situ polymerization láti mú kí agbára àwọn electrolytes polymer tí ó dá lórí PVA sunwọ̀n síi láti dín crystallinity matrix kù àti láti mú kí ìyípadà pq pọ̀ sí i18,19,20.
Ìdàpọ̀pọ̀ jẹ́ ọ̀nà pàtàkì fún ṣíṣe àwọn ohun èlò polymeric fún àwọn ohun èlò ilé-iṣẹ́. Àwọn àdàpọ̀ polymer ni a sábà máa ń lò láti: (1) mú àwọn ohun èlò ìṣiṣẹ́ àwọn polymer adayeba sunwọ̀n síi nínú àwọn ohun èlò ilé-iṣẹ́; (2) mú àwọn ohun ìní kẹ́míkà, ti ara, àti ti ẹ̀rọ ti àwọn ohun èlò tí ó lè ba ara jẹ́ sunwọ̀n síi; àti (3) bá ìbéèrè tí ń yípadà kíákíá fún àwọn ohun èlò tuntun nínú ilé-iṣẹ́ àkójọ oúnjẹ mu. Láìdàbí copolymerization, ìdàpọ̀ polymer jẹ́ ìlànà tí ó ní owó pọ́ọ́kú tí ó ń lo àwọn ìlànà ti ara tí ó rọrùn dípò àwọn ìlànà kẹ́míkà tí ó díjú láti ṣàṣeyọrí àwọn ohun-ìní tí a fẹ́21. Láti ṣẹ̀dá àwọn homopolymers, àwọn polymer tí ó yàtọ̀ síra lè bá ara wọn lò nípasẹ̀ agbára dipole-dipole, àwọn ìdè hydrogen, tàbí àwọn complexes transfer-charge-transfer22,23. Àwọn àdàpọ̀ tí a ṣe láti inú àwọn polymer adayeba àti synthetic lè so biocompatibility tí ó dára pọ̀ mọ́ àwọn ohun-ìní ẹ̀rọ tí ó tayọ, tí ó ń ṣẹ̀dá ohun èlò tí ó ga jùlọ ní iye owó ìṣelọ́pọ́ kékeré24,25. Nítorí náà, ìfẹ́ ńlá ti wà nínú ṣíṣẹ̀dá àwọn ohun èlò polymeric biorelevant nípa dída àwọn polymers sintetiki àti adayeba pọ̀. A lè so PVA pọ̀ mọ́ sodium alginate (NaAlg), cellulose, chitosan àti starch26.
Sodium alginate jẹ́ polysaccharide àdánidá àti anionic tí a yọ jáde láti inú ewéko brown omi. Sodium alginate ní β-(1-4)-linked D-mannuronic acid (M) àti α-(1-4)-linked L-guluronic acid (G) tí a ṣètò sí àwọn ìrísí homopolymeric (poly-M àti poly-G) àti heteropolymeric blocks (MG tàbí GM)27. Àkóónú àti ìpíndọ́gba ìbátan ti àwọn bulọọki M àti G ní ipa pàtàkì lórí àwọn ohun-ìní kẹ́míkà àti ti ara ti alginate28,29. A ń lo Sodium alginate ní gbogbogbòò àti kíkà nípa rẹ̀ nítorí pé ó jẹ́ biodegradability, biocompatibility, iye owó tí ó rẹlẹ̀, àwọn ohun-ìní dídá fíìmù tí ó dára, àti àìléwu. Síbẹ̀síbẹ̀, iye púpọ̀ ti àwọn ẹgbẹ́ hydroxyl (OH) àti carboxylate (COO) ọ̀fẹ́ nínú ẹ̀wọ̀n alginate mú kí alginate jẹ́ hydrophilic gíga. Síbẹ̀síbẹ̀, alginate ní àwọn ohun-ìní ẹ̀rọ tí kò dára nítorí bí ó ṣe le koko àti líle. Nítorí náà, a lè so alginate pọ̀ mọ́ àwọn ohun èlò àtọwọ́dá mìíràn láti mú kí ìmọ̀lára omi àti àwọn ohun-ìní ẹ̀rọ sunwọ̀n síi30,31.
Kí a tó ṣe àwọn ohun èlò elekitirodu tuntun, a sábà máa ń lo àwọn ìṣirò DFT láti ṣe àyẹ̀wò ìṣeéṣe iṣẹ́ àwọn ohun èlò tuntun. Ní àfikún, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì máa ń lo àwòrán molẹ́kúlà láti jẹ́rìí sí àti sọ àsọtẹ́lẹ̀ àwọn àbájáde ìwádìí, fi àkókò pamọ́, dín ìdọ̀tí kẹ́míkà kù, àti láti sọ àsọtẹ́lẹ̀ ìwà ìbáṣepọ̀32. Àpẹẹrẹ molẹ́kúlà ti di ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì tó lágbára àti pàtàkì ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ẹ̀ka, títí bí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ohun èlò, àwọn ohun èlò nanomaterials, kẹ́míkà ìṣirò, àti àwárí oògùn33,34. Nípa lílo àwọn ètò àwòrán, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì lè gba dátà molẹ́kúlà tààrà, títí bí agbára (ooru ìṣẹ̀dá, agbára ionization, agbára ìṣiṣẹ́, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ) àti geometry (àwọn igun ìdè, gígùn ìdè, àti àwọn igun ìyípo)35. Ní àfikún, àwọn ohun ìní elekitironiki (charge, HOMO àti LUMO band gap energy, electron affinity), àwọn ohun ìní spectral (àwọn ipò ìgbìyànjú àti agbára bíi FTIR spectra), àti àwọn ohun ìní bulk (ìwọ̀n, ìtànkálẹ̀, viscosity, modulus, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ)36 ni a lè ṣírò.
LiNiPO4 fi àwọn àǹfààní tó ṣeé ṣe hàn nínú díje pẹ̀lú àwọn ohun èlò elektrodu lithium-ion battery positive nítorí agbára gíga rẹ̀ (fóltéèjì iṣẹ́ tó tó 5.1 V). Láti lo àǹfààní LiNiPO4 ní agbègbè voltéèjì gíga, ó yẹ kí a dín foltéèjì iṣẹ́ kù nítorí pé electrolyte voltéèjì gíga tó ń ṣiṣẹ́ lọ́wọ́lọ́wọ́ lè dúró ṣinṣin ní ìwọ̀n foltéèjì tó wà ní ìsàlẹ̀ 4.8 V. Zhang àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ ṣe ìwádìí lórí doping gbogbo àwọn irin ìyípadà 3d, 4d, àti 5d ní ojú òpó Ni ti LiNiPO4, wọ́n yan àwọn ìlànà doping pẹ̀lú iṣẹ́ electrochemical tó dára, wọ́n sì ṣe àtúnṣe foltéèjì iṣẹ́ ti LiNiPO4 nígbà tí wọ́n ń pa ìdúróṣinṣin ìṣe electrochemical rẹ̀ mọ́. Àwọn foltéèjì iṣẹ́ tó kéré jùlọ tí wọ́n rí gbà jẹ́ 4.21, 3.76, àti 3.5037 fún Ti, Nb, àti Ta-doped LiNiPO4, lẹ́sẹẹsẹ.
Nítorí náà, ète ìwádìí yìí ni láti ṣe ìwádìí nípa ipa glycerol gẹ́gẹ́ bí plasticizer lórí àwọn ohun ìní ẹ̀rọ itanna, àwọn àpèjúwe QSAR àti àwọn ohun ìní ooru ti ètò PVA/NaAlg nípa lílo àwọn ìṣirò onímọ̀-ẹ̀rọ quantum fún lílò rẹ̀ nínú àwọn bátírì ion-ion tí a lè gba agbára. A ṣe àyẹ̀wò àwọn ìbáṣepọ̀ molecule láàrín àwòṣe PVA/NaAlg àti glycerol nípa lílo ìlànà Bader's quantum atomic ti àwọn molecules (QTAIM).
A ṣe àgbékalẹ̀ mókúlù tí ó dúró fún ìbáṣepọ̀ PVA pẹ̀lú NaAlg lẹ́yìn náà pẹ̀lú glycerol nípa lílo DFT. A ṣe ìṣirò mókúlù náà nípa lílo sọ́fítíwè Gaussian 0938 ní Ẹ̀ka Spectroscopy, Ilé Ìwádìí Orílẹ̀-èdè, Cairo, Egypt. A ṣe àgbékalẹ̀ mókúlù náà nípa lílo DFT ní ipele B3LYP/6-311G(d, p) 39,40,41,42. Láti jẹ́rìí sí ìbáṣepọ̀ láàrín àwọn mókúlù tí a kẹ́kọ̀ọ́, àwọn ìwádìí ìgbàlódé tí a ṣe ní ìpele kan náà ti ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì fi ìdúróṣinṣin ti métòrìmù tí a ṣe àgbékalẹ̀ hàn. Àìsí àwọn ìgbàlódé odi láàrín gbogbo àwọn ìgbàlódé tí a ṣe àgbékalẹ̀ fi ìṣètò tí a ti sọ hàn nínú ìwọ̀n rere gidi lórí ojú agbára tí ó ṣeé ṣe. A ṣírò àwọn pàrámítà ti ara bíi TDM, agbára HOMO/LUMO band gap àti MESP ní ìpele onímọ̀-ẹ̀rọ kan náà ti ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì. Ní àfikún, a ṣírò àwọn pàrámítà ooru bíi ooru ìkẹyìn ìṣẹ̀dá, agbára ọ̀fẹ́, entropy, enthalpy àti agbára ooru nípa lílo àwọn fọ́múlá tí a fúnni ní Táblì 1. Àwọn àpẹẹrẹ tí a kẹ́kọ̀ọ́ ni a fi ìlànà quantum ti àwọn átọ̀mù nínú àwọn molecule (QTAIM) ṣe àgbéyẹ̀wò láti lè dá àwọn ìbáṣepọ̀ tí ó ń ṣẹlẹ̀ lórí ojú àwọn ètò tí a kẹ́kọ̀ọ́. A ṣe àwọn ìṣirò wọ̀nyí nípa lílo àṣẹ “output=wfn” nínú kódù sọ́fítíwè Gaussian 09 lẹ́yìn náà a fi àwòrán wọn hàn nípa lílo kódù sọ́fítíwè Avogadro 43.
Níbi tí E jẹ́ agbára inú, P jẹ́ ìfúnpá, V jẹ́ ìwọ̀n, Q ni ìyípadà ooru láàrín ètò àti àyíká rẹ̀, T ni ìwọ̀n otútù, ΔH ni ìyípadà enthalpy, ΔG ni ìyípadà agbára ọ̀fẹ́, ΔS ni ìyípadà entropy, a àti b ni àwọn pàrámítà ìgbì, q ni agbára átọ́míìkì, àti C ni ìwọ̀n elektroni atomu44,45. Níkẹyìn, a ṣe àtúnṣe àwọn ètò kan náà, a sì ṣírò àwọn pàrámítà QSAR ní ìpele PM6 nípa lílo koodu sọ́fítíwè SCIGRESS46 ní Ẹ̀ka Spectroscopy ti Ilé-iṣẹ́ Ìwádìí Orílẹ̀-èdè ní Cairo, Egypt.
Nínú iṣẹ́ wa tẹ́lẹ̀47, a ṣe àyẹ̀wò àwòṣe tó ṣeéṣe jùlọ tó ń ṣàlàyé ìbáṣepọ̀ àwọn ẹ̀rọ PVA mẹ́ta pẹ̀lú ẹ̀rọ NaAlg méjì, pẹ̀lú glycerol tó ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí plasticizer. Gẹ́gẹ́ bí a ti sọ lókè yìí, àwọn ọ̀nà méjì ló wà fún ìbáṣepọ̀ PVA àti NaAlg. Àwọn àwòṣe méjì náà, tí a pè ní 3PVA-2Na Alg (tí a dá lórí nọ́mbà erogba 10) àti Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, ní ìwọ̀n àlàfo agbára tó kéré jùlọ48 ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ètò mìíràn tí a gbé yẹ̀ wò. Nítorí náà, a ṣe ìwádìí nípa ipa tí Gly fi kún àwòṣe tó ṣeéṣe jùlọ ti PVA/Na Alg blend polymer nípa lílo àwọn ètò méjì tó kẹ́yìn: 3PVA-(C10)2Na Alg (tí a tọ́ka sí gẹ́gẹ́ bí 3PVA-2Na Alg fún ìrọ̀rùn) àti Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Gẹ́gẹ́ bí ìwé, PVA, NaAlg àti glycerol lè ṣẹ̀dá àwọn ìdè hydrogen tí kò lágbára láàárín àwọn ẹgbẹ́ iṣẹ́ hydroxyl. Níwọ́n ìgbà tí trimer PVA àti NaAlg àti glycerol dimer ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹgbẹ́ OH, a lè ṣe ìfọwọ́sowọ́pọ̀ náà nípasẹ̀ ọ̀kan lára ​​àwọn ẹgbẹ́ OH. Àwòrán 1 fi ìbáṣepọ̀ láàrín molecule glycerol àwòrán àti molecule àwòrán 3PVA-2Na Alg hàn, Àwòrán 2 sì fi àpẹẹrẹ ìfọwọ́sowọ́pọ̀ láàrín molecule àwòrán Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg àti àwọn ìfọ́pọ̀ glycerol tó yàtọ̀ síra hàn.
Àwọn ìṣètò tí a ṣe àtúnṣe sí: (a) Gly àti 3PVA − 2Na Alg ń bá (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, àti (f) 5 Gly ṣiṣẹ́.
Àwọn ìṣètò tí a ṣe àtúnṣe sí ti Term 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg tí ó ń bá (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, àti (f) 6 Gly.
Agbara àlàfo ẹ̀rọ itanna jẹ́ paramita pàtàkì láti gbé yẹ̀wò nígbà tí a bá ń kẹ́kọ̀ọ́ nípa ìṣiṣẹ́ àwọn ohun èlò elekitirodu èyíkéyìí. Nítorí pé ó ń ṣàlàyé ìṣe àwọn elekitironu nígbà tí ohun èlò náà bá fara hàn sí àwọn ìyípadà òde. Nítorí náà, ó ṣe pàtàkì láti ṣe ìṣirò agbára àlàfo ẹ̀rọ itanna ti HOMO/LUMO fún gbogbo àwọn ètò tí a kẹ́kọ̀ọ́. Táblì 2 fi àwọn ìyípadà nínú agbára HOMO/LUMO ti 3PVA-(C10)2Na Alg àti Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg hàn nítorí àfikún glycerol. Gẹ́gẹ́ bí ref47, iye Eg ti 3PVA-(C10)2Na Alg jẹ́ 0.2908 eV, nígbà tí iye Eg ti ètò tí ó ń ṣe àfihàn ìṣeeṣe ìbáṣepọ̀ kejì (ìyẹn ni, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) jẹ́ 0.5706 eV.
Sibẹsibẹ, a rii pe afikun glycerol ja si iyipada diẹ ninu iye Eg ti 3PVA-(C10)2Na Alg. Nigbati 3PVA-(C10)2NaAlg ba awọn ẹya glycerol 1, 2, 3, 4 ati 5 ṣiṣẹ, awọn iye Eg rẹ di 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 ati 0.281 eV, lẹsẹsẹ. Sibẹsibẹ, oye ti o niyelori wa pe lẹhin fifi awọn ẹya glycerol 3 kun, iye Eg di kere ju ti 3PVA-(C10)2Na Alg lọ. Awoṣe ti o ṣe aṣoju ibaraenisepo ti 3PVA-(C10)2Na Alg pẹlu awọn ẹya glycerol marun ni awoṣe ibaraenisepo ti o ṣeeṣe julọ. Eyi tumọ si pe bi nọmba awọn ẹya glycerol ṣe n pọ si, iṣeeṣe ibaraenisepo tun n pọ si.
Nibayi, fun iṣeeṣe keji ti ibaraenisepo, agbara HOMO/LUMO ti awọn molikula awoṣe ti o duro fun Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly ati Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly di 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 ati 0.496 eV, lẹsẹsẹ. Tabili 2 fihan awọn agbara ela band HOMO/LUMO ti a ṣe iṣiro fun gbogbo awọn ẹya. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, a tún ṣe irú ìwà kan náà ti àwọn ìṣeéṣe ìbáṣepọ̀ ti ẹgbẹ́ àkọ́kọ́ níbí.
Ìmọ̀ ẹ̀rọ ìtẹ̀wé nínú ìmọ̀ ìpìlẹ̀ tó lágbára sọ pé bí àlàfo ìtẹ̀wé ti ohun èlò elektrodu ṣe ń dínkù, ìtẹ̀wé elektrodu ti ohun èlò náà ń pọ̀ sí i. Ìtẹ̀wé jẹ́ ọ̀nà tó wọ́pọ̀ láti dín àlàfo ìtẹ̀wé ti àwọn ohun èlò katode sodium-ion kù. Jiang àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo Cu doping láti mú kí ìtẹ̀wé elektrodu ti àwọn ohun èlò tí a fi aṣọ β-NaMnO2 ṣe dáadáa sí i. Nípa lílo àwọn ìṣirò DFT, wọ́n rí i pé ìtẹ̀wé dín àlàfo ìtẹ̀wé ti ohun èlò náà kù láti 0.7 eV sí 0.3 eV. Èyí fihàn pé ìtẹ̀wé Cu ń mú ìtẹ̀wé elektrodu ti ohun èlò β-NaMnO2 sunwọ̀n sí i.
A túmọ̀ MESP gẹ́gẹ́ bí agbára ìbáṣepọ̀ láàárín ìpínkiri idiyele molikula àti idiyele rere kan ṣoṣo. A kà MESP sí ohun èlò tó munadoko fún òye àti ìtumọ̀ àwọn ànímọ́ kẹ́míkà àti ìṣiṣẹ́. A lè lo MESP láti lóye àwọn ọ̀nà ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn ohun èlò polymeric. MESP ṣàpèjúwe ìpínkiri idiyele laarin adalu tí a ń kẹ́kọ̀ọ́. Ní àfikún, MESP pèsè ìwífún nípa àwọn ibi tí ń ṣiṣẹ́ nínú àwọn ohun èlò tí a ń kẹ́kọ̀ọ́ lábẹ́ ìwádìí32. Àwòrán 3 fi àwọn àlàfo MESP ti 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, àti 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly tí a sọtẹ́lẹ̀ ní ìpele ẹ̀kọ́ B3LYP/6-311G(d, p).
Àwọn ìlà MESP tí a ṣírò pẹ̀lú B3LYP/6-311 g(d, p) fún (a) Gly àti 3PVA − 2Na Alg tí ó ń bá (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, àti (f) 5 Gly.
Nibayi, Àwòrán 4 fi àwọn àbájáde ìṣirò ti MESP hàn fún Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- − 2Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- − 3gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- − 4Gly, Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly àti Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly, lẹ́sẹẹsẹ. MESP tí a ṣírò ni a fihàn gẹ́gẹ́ bí ìwà contour. Àwọn ìlà contour ni a ṣojú fún nípasẹ̀ àwọn àwọ̀ ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀. Àwọ̀ kọ̀ọ̀kan dúró fún iye electronegativity ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀. Àwọ̀ pupa náà tọ́ka sí àwọn ibi electronegativity gíga tàbí reactive. Ní àkókò kan náà, àwọ̀ ofeefee náà dúró fún àwọn ibi didoju 49, 50, 51 nínú ìṣètò náà. Àwọn àbájáde MESP fihàn pé ìṣiṣẹ́ 3PVA-(C10)2Na Alg pọ̀ sí i pẹ̀lú ìbísí àwọ̀ pupa ní àyíká àwọn àwòṣe tí a kẹ́kọ̀ọ́. Ní àkókò kan náà, agbára àwọ̀ pupa nínú máàpù MESP ti mọ́líkúùlù àwòṣe Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg dínkù nítorí ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú onírúurú àkóónú glycerol. Ìyípadà nínú ìpínkiri àwọ̀ pupa ní àyíká ìṣètò tí a dámọ̀ràn ṣàfihàn ìṣiṣẹ́, nígbàtí ìbísí nínú agbára náà fìdí ìbísí nínú electronegativity ti mọ́líkúùlù àwòṣe 3PVA-(C10)2Na Alg múlẹ̀ nítorí ìbísí àkóónú glycerol.
B3LYP/6-311 g(d, p) ṣírò MESP Ìgbà 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg tí ó ń bá (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, àti (f) 6 Gly.
Gbogbo àwọn ètò tí a dábàá ní àwọn pàrámítà ooru wọn bíi enthalpy, entropy, agbára ooru, agbára ọ̀fẹ́ àti ooru ìṣẹ̀dá tí a ṣírò ní àwọn iwọn otutu tó yàtọ̀ síra láti 200 K sí 500 K. Láti ṣàlàyé ìwà àwọn ètò ara, ní àfikún sí kíkẹ́kọ̀ọ́ ìwà ẹ̀rọ itanna wọn, ó tún ṣe pàtàkì láti kẹ́kọ̀ọ́ ìwà ooru wọn gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti iwọn otutu nítorí ìbáṣepọ̀ wọn pẹ̀lú ara wọn, èyí tí a lè ṣírò nípa lílo àwọn ìdọ́gba tí a fún ní Táblì 1. Ìkẹ́kọ̀ọ́ àwọn pàrámítà ooru wọ̀nyí ni a kà sí àmì pàtàkì ti ìdáhùnpadà àti ìdúróṣinṣin irú àwọn ètò ara bẹ́ẹ̀ ní àwọn iwọn otutu tó yàtọ̀ síra.
Ní ti enthalpy ti PVA trimer, ó kọ́kọ́ máa ń ṣe àgbéyẹ̀wò pẹ̀lú NaAlg dimer, lẹ́yìn náà nípasẹ̀ ẹgbẹ́ OH tí a so mọ́ carbon atom #10, àti ní ìkẹyìn pẹ̀lú glycerol. Enthalpy jẹ́ ìwọ̀n agbára nínú ètò thermodynamic kan. Enthalpy dọ́gba pẹ̀lú gbogbo ooru nínú ètò kan, èyí tí ó dọ́gba pẹ̀lú agbára inú ètò náà pẹ̀lú àbájáde ìwọ̀n àti ìfúnpọ̀ rẹ̀. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn, enthalpy fihàn iye ooru àti iṣẹ́ tí a fi kún tàbí tí a yọ kúrò nínú ohun kan52.
Àwòrán 5 fi àwọn ìyípadà enthalpy hàn nígbà ìṣiṣẹ́ 3PVA-(C10)2Na Alg pẹ̀lú onírúurú ìfọ́pọ̀ glycerol. Àwọn àkọsí A0, A1, A2, A3, A4, àti A5 dúró fún àwọn mọ́líkúùlù àwòṣe 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, àti 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, lẹ́sẹẹsẹ. Àwòrán 5a fi hàn pé enthalpy ń pọ̀ sí i pẹ̀lú bí iwọ̀n otútù àti glycerol ṣe ń pọ̀ sí i. enthalpy ti eto ti o duro fun 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (iyẹn ni, A5) ni 200 K jẹ 27.966 cal/mol, nigba ti enthalpy ti eto ti o duro fun 3PVA-2NaAlg ni 200 K jẹ 13.490 cal/mol. Nikẹhin, niwọn igba ti enthalpy jẹ rere, iṣe yii jẹ endothermic.
A túmọ̀ Entropy gẹ́gẹ́ bí ìwọ̀n agbára tí kò sí nínú ètò thermodynamic tí a ti pa, a sì sábà máa ń kà á sí ìwọ̀n ìbàjẹ́ ètò náà. Àwòrán 5b fi ìyípadà nínú entropy ti 3PVA-(C10)2NaAlg hàn pẹ̀lú ìwọ̀n otútù àti bí ó ṣe ń bá àwọn ẹ̀yà glycerol tó yàtọ̀ síra lò. Àwòrán náà fi hàn pé entropy náà ń yípadà ní ìlà bí ìwọ̀n otútù ṣe ń pọ̀ sí i láti 200 K sí 500 K. Àwòrán 5b fi hàn kedere pé entropy ti àwòṣe 3PVA-(C10)2Na Alg máa ń dé 200 cal/K/mol ní 200 K nítorí pé àwòṣe 3PVA-(C10)2Na Alg ń fi àrùn lattice díẹ̀ hàn. Bí ìwọ̀n otútù ṣe ń pọ̀ sí i, àwòṣe 3PVA-(C10)2Na Alg di aláìlera ó sì ṣàlàyé ìbísí nínú entropy pẹ̀lú ìwọ̀n otútù tí ń pọ̀ sí i. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, ó hàn gbangba pé ìṣètò 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly ní iye entropy tí ó ga jùlọ.
Iru iwa kanna ni a ṣe akiyesi ninu Aworan 5c, eyiti o fihan iyipada ninu agbara ooru pẹlu iwọn otutu. Agbara ooru jẹ iye ooru ti o nilo lati yi iwọn otutu ti iye ohun kan ti a fun ni pada nipasẹ 1 °C47. Aworan 5c fihan awọn iyipada ninu agbara ooru ti molikula awoṣe 3PVA-(C10)2NaAlg nitori ibaraenisepo pẹlu awọn ẹya glycerol 1, 2, 3, 4, ati 5. Aworan naa fihan pe agbara ooru ti awoṣe 3PVA-(C10)2NaAlg pọ si ni ila pẹlu iwọn otutu. A ṣe akiyesi ilosoke ninu agbara ooru pẹlu iwọn otutu ti o pọ si nitori awọn gbigbọn ooru phonon. Ni afikun, ẹri wa pe jijẹ akoonu glycerol yori si ilosoke ninu agbara ooru ti awoṣe 3PVA-(C10)2NaAlg. Pẹlupẹlu, eto naa fihan pe 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ni iye agbara ooru ti o ga julọ ni akawe pẹlu awọn ẹya miiran.
A ṣírò àwọn pàrámítà mìíràn bí agbára ọ̀fẹ́ àti ooru ìkẹyìn ìṣẹ̀dá fún àwọn ètò tí a kẹ́kọ̀ọ́, a sì fihàn wọ́n ní Àwòrán 5d àti e, lẹ́sẹẹsẹ. Ooru ìkẹyìn ìṣẹ̀dá ni ooru tí a tú jáde tàbí tí a gbà nígbà ìṣẹ̀dá ohun mímọ́ kan láti inú àwọn èròjà rẹ̀ lábẹ́ ìfúnpá tí ó dúró ṣinṣin. Agbára ọ̀fẹ́ ni a lè túmọ̀ sí ohun ìní tí ó jọ agbára, ìyẹn ni pé, iye rẹ̀ sinmi lórí iye ohun èlò náà ní ipò thermodynamic kọ̀ọ̀kan. Agbára ọ̀fẹ́ àti ooru ìṣẹ̀dá ti 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ni ó kéré jùlọ wọ́n sì jẹ́ -1318.338 àti -1628.154 kcal/mol, lẹ́sẹẹsẹ. Ní ìyàtọ̀ sí èyí, ètò tí ó dúró fún 3PVA-(C10)2NaAlg ní agbára ọ̀fẹ́ àti ooru tí ó ga jùlọ ti ìṣẹ̀dá ti -690.340 àti -830.673 kcal/mol, lẹ́sẹẹsẹ, ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ètò mìíràn. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 5, onírúurú ànímọ́ ooru ni a yípadà nítorí ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú glycerol. Agbára ọ̀fẹ́ Gibbs jẹ́ odi, tí ó fihàn pé ètò tí a dábàá náà dúró ṣinṣin.
PM6 ṣírò àwọn pàrámítà ooru ti 3PVA- (C10) 2Na Alg (àwòrán A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (àwòrán A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (àwòrán A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (àwòrán A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (àwòrán A4), àti 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (àwòrán A5), níbi tí (a) jẹ́ enthalpy, (b) entropy, (c) agbára ooru, (d) agbára ọ̀fẹ́, àti (e) ooru ìṣẹ̀dá.
Ní ọwọ́ kejì, ipò ìbáṣepọ̀ kejì láàárín trimer PVA àti dimeric NaAlg wáyé nínú àwọn ẹgbẹ́ OH tí ó wà ní ìpele àti àárín nínú ètò trimer PVA. Gẹ́gẹ́ bí ó ti rí nínú ẹgbẹ́ àkọ́kọ́, a ṣírò àwọn pàrámítà ooru nípa lílo ìpele kan náà ti ìmọ̀. Àwòrán 6a-e fi àwọn ìyàtọ̀ ti enthalpy, entropy, agbára ooru, agbára ọ̀fẹ́ àti, nígbẹ̀yìn gbẹ́yín, ooru ìṣẹ̀dá hàn. Àwòrán 6a-c fihàn pé enthalpy, entropy àti agbára ooru ti Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg fi ìwà kan náà hàn gẹ́gẹ́ bí ẹgbẹ́ àkọ́kọ́ nígbà tí wọ́n bá ń bá àwọn glycerol 1, 2, 3, 4, 5 àti 6 lò. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, àwọn iye wọn máa ń pọ̀ sí i díẹ̀díẹ̀ pẹ̀lú ìwọ̀n otútù tí ń pọ̀ sí i. Ní àfikún, nínú àwòṣe Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg tí a dámọ̀ràn, àwọn iye enthalpy, entropy àti agbára ooru pọ̀ sí i pẹ̀lú ìbísí akoonu glycerol. Àwọn àkékúrú B0, B1, B2, B3, B4, B5 àti B6 dúró fún àwọn ètò wọ̀nyí ní ìtẹ̀léra: Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly àti Ọ̀rọ̀ 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 6a–c, ó hàn gbangba pé àwọn iye enthalpy, entropy àti agbára ooru ń pọ̀ sí i bí iye àwọn glycerol units ṣe ń pọ̀ sí i láti 1 sí 6.
PM6 ṣírò àwọn pàrámítà ooru ti Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (àwòṣe B0), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (àwòṣe B1), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (àwòṣe B2), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (àwòṣe B3), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (àwòṣe B4), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (àwòṣe B5), àti Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (àwòṣe B6), pẹ̀lú (a) enthalpy, (b) entropy, (c) agbára ooru, (d) agbára ọ̀fẹ́, àti (e) ooru ìṣẹ̀dá.
Ní àfikún, ìṣètò tí ó dúró fún Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-6 Gly ní àwọn ìníyelórí gíga jùlọ ti enthalpy, entropy àti agbára ooru ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn ìṣètò mìíràn. Láàrín wọn, àwọn ìníyelórí wọn pọ̀ sí i láti 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K àti 131.323 kcal/mol ní Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg sí 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K àti 275.923 kcal/mol ní Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, ní ìtẹ̀léra.
Sibẹsibẹ, Awọn aworan 6d ati e fihan igbẹkẹle iwọn otutu ti agbara ọfẹ ati ooru ikẹhin ti dida (HF). HF le ṣalaye bi iyipada enthalpy ti o waye nigbati moolu kan ti nkan kan ba ṣẹda lati awọn eroja rẹ labẹ awọn ipo adayeba ati boṣewa. O han gbangba lati inu aworan naa pe agbara ọfẹ ati ooru ikẹhin ti dida gbogbo awọn ẹya ti a kẹkọọ fihan igbẹkẹle laini lori iwọn otutu, iyẹn ni pe, wọn n pọ si ni laiyara ati laini pẹlu iwọn otutu ti n pọ si. Ni afikun, aworan naa tun jẹrisi pe eto ti o nsoju Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly ni agbara ọfẹ ti o kere julọ ati HF ti o kere julọ. Awọn paramita mejeeji dinku lati -758.337 si -899.741 K cal/mol ni ọrọ 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly si -1,476.591 ati -1,828.523 K cal/mol. Ó hàn gbangba láti inú àwọn àbájáde pé HF dínkù pẹ̀lú ìbísí àwọn ẹ̀rọ glycerol. Èyí túmọ̀ sí wípé nítorí ìbísí àwọn ẹgbẹ́ iṣẹ́, ìbísí náà tún ń pọ̀ sí i, nítorí náà agbára díẹ̀ ni a nílò láti ṣe ìbísí náà. Èyí jẹ́rìí sí i pé a lè lo PVA/NaAlg tí a ti fi plastic ṣe nínú àwọn bátírì nítorí ìbísí gíga rẹ̀.
Ni gbogbogbo, awọn ipa iwọn otutu pin si oriṣi meji: awọn ipa iwọn otutu kekere ati awọn ipa iwọn otutu giga. Awọn ipa ti awọn iwọn otutu kekere ni a maa n ri ni awọn orilẹ-ede ti o wa ni awọn ila giga, gẹgẹbi Greenland, Canada, ati Russia. Ni igba otutu, iwọn otutu afẹfẹ ita ni awọn aaye wọnyi wa ni isalẹ odo iwọn Celsius. Igbesi aye ati iṣẹ awọn batiri lithium-ion le ni ipa nipasẹ awọn iwọn otutu kekere, paapaa awọn ti a lo ninu awọn ọkọ ayọkẹlẹ itanna idapọmọra, awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina mọnamọna mimọ, ati awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina mọnamọna idapọmọra. Irin-ajo aaye jẹ agbegbe tutu miiran ti o nilo awọn batiri lithium-ion. Fun apẹẹrẹ, iwọn otutu lori Mars le lọ silẹ si -120 iwọn Celsius, eyiti o jẹ idiwọ pataki si lilo awọn batiri lithium-ion ninu ọkọ ofurufu. Awọn iwọn otutu iṣiṣẹ kekere le ja si idinku ninu oṣuwọn gbigbe agbara ati iṣẹ ṣiṣe kemikali ti awọn batiri lithium-ion, ti o yorisi idinku ninu oṣuwọn itankale ti awọn ions lithium ninu elekitirodu ati ionic conductivity ninu elekitiroti. Ibajẹ yii n yọrisi idinku agbara ati agbara, ati nigba miiran paapaa idinku iṣẹ53.
Ipa otutu giga naa waye ni ọpọlọpọ awọn agbegbe lilo, pẹlu awọn agbegbe iwọn otutu giga ati kekere, lakoko ti ipa iwọn otutu kekere ni opin si awọn agbegbe lilo iwọn otutu kekere. Ipa iwọn otutu kekere ni a pinnu ni akọkọ nipasẹ iwọn otutu ayika, lakoko ti ipa iwọn otutu giga nigbagbogbo ni a sọ ni deede si awọn iwọn otutu giga ninu batiri lithium-ion lakoko iṣẹ.
Àwọn bátírì Lithium-ion máa ń mú ooru jáde lábẹ́ àwọn ipò ìṣàn omi gíga (pẹ̀lú gbígbà agbára kíákíá àti ìtújáde kíákíá), èyí tí ó máa ń mú kí ooru inú ilé ga sí i. Fífarahàn sí àwọn iwọn otutu gíga tún lè fa ìbàjẹ́ iṣẹ́ bátírì, títí kan pípadánù agbára àti agbára. Lọ́pọ̀ ìgbà, pípadánù lithium àti gbígbàpadà àwọn ohun èlò tí ń ṣiṣẹ́ ní àwọn iwọn otutu gíga máa ń yọrí sí pípadánù agbára, àti pípadánù agbára jẹ́ nítorí ìdààmú inú. Tí iwọn otutu bá kọjá ààlà, ìsáré ooru máa ń ṣẹlẹ̀, èyí tí ó lè yọrí sí ìjóná tàbí ìbúgbàù láìròtẹ́lẹ̀.
Ìṣirò QSAR jẹ́ ọ̀nà àwòṣe ìṣirò tàbí ìṣirò tí a ń lò láti fi dá àwọn ìbáṣepọ̀ láàrín ìṣiṣẹ́ ẹ̀dá àti àwọn ohun ìní ìṣètò ti àwọn èròjà mọ̀. Gbogbo àwọn ohun tí a ṣe ni a ṣe àtúnṣe sí, a sì ṣírò àwọn ohun ìní QSAR kan ní ìpele PM6. Táblì 3 ṣe àkójọ díẹ̀ lára ​​àwọn àpèjúwe QSAR tí a ṣírò. Àpẹẹrẹ irú àwọn àpèjúwe bẹ́ẹ̀ ni charge, TDM, gbogbo agbára (E), ionization potential (IP), Log P, àti polarizability (wo Táblì 1 fún àwọn fọ́múlá láti pinnu IP àti Log P).
Àwọn àbájáde ìṣirò fihàn pé àpapọ̀ agbára gbogbo àwọn ètò tí a kẹ́kọ̀ọ́ jẹ́ òdo nítorí pé wọ́n wà ní ipò ilẹ̀. Fún ìṣeeṣe ìbáṣepọ̀ àkọ́kọ́, TDM ti glycerol jẹ́ 2.788 Debye àti 6.840 Debye fún 3PVA-(C10) 2Na Alg, nígbà tí a mú àwọn iye TDM pọ̀ sí 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye àti 12.779 Debye nígbà tí 3PVA-(C10) 2Na Alg bá ara wọn ṣe pọ̀ mọ́ 1, 2, 3, 4 àti 5 glycerol, lẹ́sẹẹsẹ. Bí iye TDM bá ti pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni ìṣesí rẹ̀ pẹ̀lú àyíká náà ṣe ga sí i.
A tún ṣírò agbára àpapọ̀ (E), a sì rí i pé iye E ti glycerol àti 3PVA-(C10)2 NaAlg jẹ́ -141.833 eV àti -200092.503 eV, lẹ́sẹẹsẹ. Ní àkókò kan náà, àwọn ètò tí ó dúró fún 3PVA-(C10)2 NaAlg ń bá àwọn glycerol 1, 2, 3, 4 àti 5 ṣiṣẹ́; E di -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 àti -1548.031 eV, lẹ́sẹẹsẹ. Pípọ̀ síi nínú akoonu glycerol ń yọrí sí ìdínkù nínú agbára àpapọ̀ àti nítorí náà sí ìbísí nínú ìṣesí. Ní ìbámu pẹ̀lú ìṣirò agbára àpapọ̀, a parí èrò sí pé molecule àpẹẹrẹ, èyí tí í ṣe 3PVA-2Na Alg-5 Gly, jẹ́ ìṣesí ju àwọn molecule àpẹẹrẹ mìíràn lọ. Ìṣẹ̀lẹ̀ yìí ní í ṣe pẹ̀lú ìṣètò wọn. 3PVA-(C10)2NaAlg ní àwọn ẹgbẹ́ -COONa méjì péré, nígbà tí àwọn ètò yòókù ní àwọn ẹgbẹ́ -COONa méjì ṣùgbọ́n wọ́n ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹgbẹ́ OH, èyí tí ó túmọ̀ sí wípé ìṣiṣẹ́ wọn sí àyíká pọ̀ sí i.
Ní àfikún, a gbé agbára ionization (IE) ti gbogbo àwọn ètò ìṣiṣẹ́ yẹ̀ wò nínú ìwádìí yìí. Agbára ionization jẹ́ paramita pàtàkì fún wíwọ̀n ìṣiṣẹ́ ti àpẹẹrẹ tí a kẹ́kọ̀ọ́. Agbára tí a nílò láti gbé elekitironi láti ojú kan nínú molecule kan sí àìlópin ni a ń pè ní agbára ionization. Ó dúró fún ìwọ̀n ionization (ìyẹn ìṣiṣẹ́) ti molecule náà. Bí agbára ionization bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ ni ìṣiṣẹ́ náà ṣe dínkù sí i. Àwọn àbájáde IE ti 3PVA-(C10)2NaAlg tí ó ń bá àwọn glycerol 1, 2, 3, 4 àti 5 lò jẹ́ -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 àti -9.323 eV, lẹ́sẹẹsẹ, nígbà tí àwọn IE ti glycerol àti 3PVA-(C10)2NaAlg jẹ́ -5.157 àti -9.341 eV, lẹ́sẹẹsẹ. Níwọ́n ìgbà tí àfikún glycerol yọrí sí ìdínkù nínú iye IP, ìṣesí molecule pọ̀ sí i, èyí tí ó mú kí molecule àwòṣe PVA/NaAlg/glycerol pọ̀ sí i nínú àwọn ẹ̀rọ electrochemical.
Àpèjúwe karùn-ún nínú Táblì 3 ni Log P, èyí tí í ṣe logarithm ti ìpínyà tí a sì lò láti ṣàlàyé bóyá ìṣètò tí a ń kẹ́kọ̀ọ́ rẹ̀ jẹ́ hydrophilic tàbí hydrophobic. Ìwọ̀n Log P tí kò dára fi hàn pé molikula hydrophilic ni, èyí tí ó túmọ̀ sí wípé ó máa ń yọ́ nínú omi tí ó sì máa ń yọ́ dáadáa nínú àwọn ohun tí ó ń pò mọ́lẹ̀. Ìwọ̀n rere fi hàn pé ìlànà tó yàtọ̀ sí èyí hàn.
Ní ìbámu pẹ̀lú àwọn àbájáde tí a rí, a lè parí èrò sí pé gbogbo àwọn ìṣètò náà jẹ́ hydrophilic, nítorí pé àwọn ìwọ̀n Log P wọn (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly àti 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) jẹ́ -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 àti -8.504, lẹ́sẹẹsẹ, nígbà tí iye Log P ti glycerol jẹ́ -1.081 nìkan àti 3PVA-(C10)2Na Alg jẹ́ -3.100 nìkan. Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn ànímọ́ ìṣètò tí a ń kẹ́kọ̀ọ́ yóò yípadà bí a ṣe ń fi àwọn molecule omi sínú ìṣètò rẹ̀.
Níkẹyìn, a tún ṣírò ìlọ́po méjì ti gbogbo àwọn ohun èlò ní ìpele PM6 nípa lílo ọ̀nà onípele-ẹ̀dá. A ti ṣàkíyèsí tẹ́lẹ̀ pé ìlọ́po méjì ti ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ohun èlò sinmi lórí onírúurú àwọn ohun èlò. Ohun pàtàkì jùlọ ni ìwọ̀n ìṣètò tí a ń kẹ́kọ̀ọ́ rẹ̀. Fún gbogbo àwọn ìṣètò tí ó ní irú ìṣètò àkọ́kọ́ láàárín 3PVA àti 2NaAlg (ìbáṣepọ̀ náà ń wáyé nípasẹ̀ nọ́mbà átọ́mù erogba 10), ìlọ́po méjì náà ń sunwọ̀n síi nípa fífi glycerol kún un. Ìlọ́po méjì náà ń pọ̀ sí i láti 29.690 Å sí 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 àti 54.638 Å nítorí ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú àwọn ẹ̀rọ glycerol 1, 2, 3, 4 àti 5. Nítorí náà, a rí i pé moleku àwòṣe pẹ̀lú agbára ìdènà tó ga jùlọ jẹ́ 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, nígbà tí moleku àwòṣe pẹ̀lú agbára ìdènà tó kéré jùlọ jẹ́ 3PVA-(C10)2NaAlg, èyí tó jẹ́ 29.690 Å.
Ìṣàyẹ̀wò àwọn àpèjúwe QSAR fi hàn pé ìṣètò tí ó dúró fún 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ni ó ṣe àtúnṣe jùlọ fún ìbáṣepọ̀ àkọ́kọ́ tí a dábàá.
Fún ipò ìbáṣepọ̀ kejì láàárín trimer PVA àti dimer NaAlg, àwọn èsì náà fihàn pé àwọn ìdíyelé wọn jọra sí àwọn tí a dábàá ní abala tí ó ṣáájú fún ìbáṣepọ̀ àkọ́kọ́. Gbogbo àwọn ilé kò ní agbára itanna kankan, èyí tí ó túmọ̀ sí wípé gbogbo wọn wà ní ipò ilẹ̀.
Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Táblì 4, àwọn ìwọ̀n TDM (tí a ṣírò ní ìpele PM6) ti Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg pọ̀ sí i láti 11.581 Debye sí 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, àti 15.756 nígbà tí Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ṣe àtúnṣe pẹ̀lú 1, 2, 3, 4, 5, àti 6 units ti glycerol. Sibẹsibẹ, agbara apapọ dinku pẹlu ilosoke nọmba awọn ẹya glycerol, ati nigbati Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg ba n ba nọmba kan ti awọn ẹya glycerol (1 si 6) ṣiṣẹ, agbara apapọ jẹ − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, ati − 1637.432 eV, lẹsẹsẹ.
Fún ìṣeeṣe ìbáṣepọ̀ kejì, a tún ṣírò IP, Log P àti polarizability ní ìpele PM6 ti ìmọ̀. Nítorí náà, wọ́n kà àwọn àpèjúwe mẹ́ta tó lágbára jùlọ ti ìṣiṣẹ́ molecule. Fún àwọn ètò tó dúró fún End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg tí ó ń bá àwọn glycerol 1, 2, 3, 4, 5 àti 6 lò, IP ń pọ̀ sí i láti −9.385 eV sí −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 àti −8.900 eV. Síbẹ̀síbẹ̀, iye Log P tí a ṣírò kéré sí i nítorí ìṣiṣẹ́ plasticization ti End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg pẹ̀lú glycerol. Bí ìwọ̀n glycerol ṣe ń pọ̀ sí i láti 1 sí 6, àwọn iye rẹ̀ di -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 àti -10.53 dípò -3.643. Níkẹyìn, ìwádìí ìdàgbàsókè fihàn pé bí ìwọ̀n glycerol ṣe ń pọ̀ sí i yọrí sí ìdàgbàsókè ìdàgbàsókè ti Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg. Ìdàgbàsókè ìdàgbàsókè ti molecule awoṣe Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg pọ̀ sí i láti 31.703 Å sí 63.198 Å lẹ́yìn ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú àwọn glycerol 6. Ó ṣe pàtàkì láti kíyèsí pé fífi iye àwọn glycerol sí i nínú ìṣeéṣe ìbáṣepọ̀ kejì ni a ṣe láti fìdí rẹ̀ múlẹ̀ pé láìka iye àwọn átọ̀mù àti ìṣètò dídíjú sí, iṣẹ́ náà ṣì ń sunwọ̀n sí i pẹ̀lú bí ìwọ̀n glycerol ṣe ń pọ̀ sí i. Nítorí náà, a lè sọ pé àwòṣe PVA/Na Alg/glycerin tó wà lè rọ́pò àwọn bátírì lithium-ion díẹ̀, ṣùgbọ́n a nílò ìwádìí àti ìdàgbàsókè púpọ̀ sí i.
Ṣíṣe àfihàn agbára ìsopọ̀ ojú ilẹ̀ kan sí adsorbate àti ṣíṣàyẹ̀wò àwọn ìbáṣepọ̀ àrà ọ̀tọ̀ láàrín àwọn ètò náà nílò ìmọ̀ nípa irú ìsopọ̀ tó wà láàrín àwọn átọ̀mù méjì, ìṣòro àwọn ìbáṣepọ̀ intermolecular àti intramolecular, àti ìpínkiri ìwọ̀n elekitironi ti ojú ilẹ̀ àti adsorbent. Ìwọ̀n elekitironi ní ibi pàtàkì ìsopọ̀ (BCP) láàrín àwọn átọ̀mù ìbáṣepọ̀ ṣe pàtàkì fún ṣíṣàyẹ̀wò agbára ìsopọ̀ nínú ìwádìí QTAIM. Bí ìwọ̀n agbára elekitironi bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni ìbáṣepọ̀ covalent ṣe dúró ṣinṣin tó, àti, ní gbogbogbòò, ìwọ̀n agbára elekitironi tó ga jù ní àwọn ibi pàtàkì wọ̀nyí. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, bí iye agbára elekitironi gbogbo (H(r)) àti ìwọ̀n agbára Laplace (∇2ρ(r)) bá kéré sí 0, èyí fi hàn wíwà àwọn ìbáṣepọ̀ covalent (gbogbogbò). Ní ​​ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, nígbà tí ∇2ρ(r) àti H(r) bá ju 0.54 lọ, ó fi hàn wíwà àwọn ìbáṣepọ̀ tí kò ní covalent (tí a ti sé mọ́) bíi àwọn ìbáṣepọ̀ hydrogen tí kò lágbára, àwọn agbára van der Waals àti àwọn ìbáṣepọ̀ electrostatic. Àtúpalẹ̀ QTAIM fi ìrísí ìbáṣepọ̀ tí kò ní ìṣọ̀kan hàn nínú àwọn ètò ìwádìí gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 7 àti 8. Gẹ́gẹ́ bí ìwádìí náà, àwọn mọ́líkúùlù àwòṣe tí ó dúró fún 3PVA − 2Na Alg àti Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg fi ìdúróṣinṣin tí ó ga ju àwọn mọ́líkúùlù tí ó ń bá àwọn glycine ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ lò hàn. Èyí jẹ́ nítorí pé ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ìbáṣepọ̀ tí kò ní ìṣọ̀kan tí ó wọ́pọ̀ jùlọ nínú ètò alginate bíi ìbáṣepọ̀ electrostatic àti àwọn ìdè hydrogen mú kí alginate lè dúró ṣinṣin àwọn èròjà náà. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, àwọn àbájáde wa fi ìjẹ́pàtàkì ìbáṣepọ̀ tí kò ní ìṣọ̀kan hàn láàárín àwọn mọ́líkúùlù àwòṣe 3PVA − 2Na Alg àti Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg àti glycine, èyí tí ó fihàn pé glycine kó ipa pàtàkì nínú yíyípadà àyíká gbogbo ẹ̀rọ itanna ti àwọn èròjà náà.
Ìṣàyẹ̀wò QTAIM ti mọ́lẹ́kúlù àwòṣe 3PVA − 2NaAlg tí ó ń bá (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, àti (f) 5Gly.