আয়নিক তরল ইলেক্ট্রোলাইট ফিলারের বাল্ক লি-আয়ন পরিবাহিতাকে অতিক্রম করে ইন্টারফেসিয়াল পরিবাহিতা প্রচার সহ সিলিকা জেল সলিড ন্যানোকম্পোজিট ইলেক্ট্রোলাইট

সলিড-স্টেট লি-আয়ন ব্যাটারিতে রূপান্তর 1000 ঘন্টা/লিটার এবং তার পরেও শক্তির ঘনত্বের দিকে অগ্রগতি সক্ষম করবে।ননভোলাটাইল আয়নিক তরল ইলেক্ট্রোলাইট ফিলারে ভরা একটি মেসোপোরাস অক্সাইড ম্যাট্রিক্সের কম্পোজিটগুলিকে একটি কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট বিকল্প হিসাবে অন্বেষণ করা হয়েছে।যাইহোক, ন্যানোমিটার-আকারের ছিদ্রগুলির মধ্যে ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণগুলির সহজ সীমাবদ্ধতা সান্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে আয়ন পরিবাহিতা কম করে।এখানে, আমরা দেখাই যে একটি আয়নিক তরল ইলেক্ট্রোলাইট ফিলার সহ একটি মেসোপোরাস সিলিকা মনোলিথ সমন্বিত ন্যানোকম্পোজিটগুলির লি-আয়ন পরিবাহিতা একটি ইন্টারফেসিয়াল বরফ স্তরের প্রবর্তনের মাধ্যমে বিশুদ্ধ আয়নিক তরল ইলেক্ট্রোলাইটের চেয়ে কয়েকগুণ বেশি হতে পারে।আয়নিক তরল অণুগুলির দৃঢ় শোষণ এবং ক্রম তাদের আন্তঃমুখী বরফের স্তরের মতো অচল এবং শক্ত করে তোলে।শোষণকারী মেসোফেজ স্তরের উপর ডাইপোল উন্নত পরিবাহনের জন্য Li+ আয়নগুলির সমাধান করে।আয়ন পরিবাহী বর্ধনের প্রদর্শিত নীতি বিভিন্ন আয়ন সিস্টেমে প্রয়োগ করা যেতে পারে।

সলিড-স্টেট ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বর্তমানে উপলব্ধ ক্যাথোড এবং অ্যানোড রসায়নের উপর আরোপিত 800 W·hour/liter বা 300 W·hour/kg এর ব্যবহারিক সর্বোচ্চ সীমা অতিক্রম করতে লি-আয়ন ব্যাটারির জন্য পরবর্তী বুস্ট প্রদান করবে বলে আশা করা হচ্ছে।সলিড-স্টেট ব্যাটারির জন্য শক্তির ঘনত্বের প্রত্যাশিত বৃদ্ধি বিভিন্ন অবদান থেকে আসে, সবগুলো লক্ষ্য করে কোষে সক্রিয় উপাদানের ভলিউম শতাংশ বৃদ্ধি করে।সর্বাধিক প্রচারিত হল গ্রাফাইট এবং গ্রাফাইট/সিলিকনকে অ্যানোড হিসাবে প্রতিস্থাপনের জন্য লিথিয়াম ধাতুর প্রবর্তন।বিশুদ্ধ লিথিয়াম ধাতুতে সর্বোচ্চ শক্তির ঘনত্ব সম্ভব এবং তাই সর্বনিম্ন স্থানের প্রয়োজন হবে।যাইহোক, এখনও অনেক সমস্যার সমাধান করা দরকার, যেমন লিথিয়াম ধাতুর অপরিবর্তনীয় প্রতিক্রিয়া (এবং এইভাবে ব্যবহার), ডেনড্রাইট গঠন, ছিদ্রযুক্ত গ্রাফাইট (সিলিকন) ইলেক্ট্রোডের তুলনায় প্ল্যানার লিথিয়াম ফয়েলের জন্য কার্যকর বর্তমান ঘনত্ব বৃদ্ধি এবং শেষ তবে অন্তত নয়, স্রাবের সময় লিথিয়ামের "অদৃশ্য হয়ে যাওয়া" (বিক্ষিপ্ত হওয়া) এবং এইভাবে কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে যোগাযোগের ক্ষতি।সিরামিক কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটগুলির যান্ত্রিকভাবে কঠোর প্রকৃতির প্রকৃতপক্ষে শূন্য সম্মতি রয়েছে এবং কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট উপাদানের বিরুদ্ধে লিথিয়ামকে দৃঢ়ভাবে চাপতে চরম চাপ প্রয়োগ করতে হবে।বিচ্ছিন্ন চাপ বিন্দু কার্যকর পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলকে আরও কমিয়ে দেয়, যার ফলে স্থানীয় ডেনড্রাইট গঠন এবং স্পঞ্জি জমা হয়।পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটগুলি আরও যান্ত্রিকভাবে অনুগত কিন্তু এখনও ঘরের তাপমাত্রায় যথেষ্ট উচ্চ আয়নিক পরিবাহিতা প্রদর্শন করে না।এই বিষয়ে খুব আকর্ষণীয় নতুন উপকরণ হল সিলিকা জেল ইলেক্ট্রোলাইট, যাকে "আয়োনোজেল" হিসাবেও উল্লেখ করা হয়েছে, যেখানে একটি আয়নিক তরল ইলেক্ট্রোলাইট (ILE) একটি ন্যানোপোরাস সিলিকা ম্যাট্রিক্স (1) এ সীমাবদ্ধ থাকে।সিলিকা ম্যাট্রিক্সের (70 থেকে 90%) অত্যন্ত উচ্চ পোরোসিটি এই ন্যানোকম্পোজিট ইলেক্ট্রোলাইট উপাদানগুলিকে জেলের মতো সামঞ্জস্য দেয় এবং এইভাবে তাদের পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটের মতো যান্ত্রিকভাবে সঙ্গতিপূর্ণ করে তোলে।এই সিলিকা জেলগুলিকে কখনও কখনও হাইব্রিড কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে নির্দেশ করা হয়, কারণ এতে একটি তরল থাকে।যাইহোক, সিলিকা ন্যানোকম্পোজিটগুলির জন্য, এই কাগজে যেমন বর্ণনা করা হয়েছে, আয়নিক "তরল" ইলেক্ট্রোলাইট শক্ত-সদৃশ হয়ে যায় যখন সান্দ্রতা বৃদ্ধি এবং সিলিকা প্রাচীরের উপর শোষণের মাধ্যমে ন্যানোমিটার আকারের চ্যানেলগুলির মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে। চ্যানেলযদি সিলিকা ম্যাট্রিক্স শুধুমাত্র একটি ছিদ্র বিভাজক হিসাবে কাজ করে, তাহলে সীমিত তরল ইলেক্ট্রোলাইটের জন্য সান্দ্রতা বৃদ্ধির ফলে আয়নিক পরিবাহিতা হ্রাস পাবে।পরিবর্তে, আইএলই অণু এবং সিলিকা ছিদ্র প্রাচীরের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া ন্যানোকম্পোজিটের বৈশিষ্ট্যগুলিকে তার পৃথক উপাদানগুলির যোগফল থেকে আলাদা করে তোলে।কয়েক ন্যানোমিটার বেধ পর্যন্ত কঠিন মেসোফেজ স্তর গঠনের সাথে অক্সাইডগুলিতে আয়নিক তরলগুলির শোষণকে পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (2) সহ প্ল্যানার পৃষ্ঠে দেখানো হয়েছে।অক্সাইড পৃষ্ঠে আয়নিক তরল অ্যানয়ন এবং ক্যাটেশনগুলির নির্বাচনী শোষণ এই ইন্টারফেসগুলির সাথে বর্ধিত Li+ পরিবাহিতা হতে পারে।অবশ্যই, অক্সাইড ইন্টারফেসগুলির সাথে বর্ধনের জন্য ছিদ্রগুলির মূল অংশে সীমাবদ্ধ ILE এর মাধ্যমে হ্রাসকৃত পরিবাহিতাকে ক্ষতিপূরণ দিতে হবে বা অতিক্রম করতে হবে।তাই, ছোট ছিদ্রের আকার এবং উচ্চ পৃষ্ঠ থেকে ভলিউম অনুপাত পছন্দসই।এই পর্যন্ত, আয়ন পরিবাহিতা সহ আয়নোজেলগুলি আইএলই-এর কাছে পৌঁছেছে মেসোপোরাস কাঠামোর অপ্টিমাইজেশন (3) দ্বারা প্রদর্শিত হয়েছে।এর মানে হল যে ইন্টারফেস বর্ধিতকরণ ইতিমধ্যে উপস্থিত ছিল কিন্তু বাল্ক পরিবাহিতা অতিক্রম করার পরিমাণে নয়।

আয়নোজেলের প্রস্তুতি একটি সমজাতীয় তরল মিশ্রণ থেকে শুরু হয়, যেখানে অক্সাইড ম্যাট্রিক্স (4, 5) এর সংশ্লেষণের জন্য একটি সল-জেল অগ্রদূত দ্রবণে একটি আইএলই যোগ করা হয়।এই পদ্ধতিতে, আইএলই এবং ম্যাট্রিক্স একটি "সিটুতে" পদ্ধতিতে একটি যৌগ গঠন করে: দ্রবণের অগ্রদূতগুলি আয়নিক তরল টেমপ্লেটের চারপাশে একটি অক্সাইড ম্যাট্রিক্স তৈরি করতে বিক্রিয়া করে, প্রক্রিয়ায় এটিকে আবদ্ধ করে।নির্দিষ্ট সংশ্লেষণের অবস্থার অধীনে, প্রস্তুত ILE-SCE (কঠিন যৌগিক ইলেক্ট্রোলাইট) একটি মনোলিথ আকারে হতে পারে ILE একটি অবিচ্ছিন্ন মেসোপোরাস অজৈব অক্সাইড নেটওয়ার্কে এমবেড করা।এখন পর্যন্ত, বেশিরভাগ সিলিকা-ভিত্তিক ILE-SCE এইভাবে প্রস্তুত করা হয়েছে, যদিও উদাহরণগুলিও অ্যালুমিনা (6), টাইটানিয়া (7) এবং এমনকি টিন অক্সাইড (8) দিয়েও তৈরি করা হয়েছে।বেশিরভাগ রিপোর্ট করা সল-জেল ফর্মুলেশনে একটি আইএলই, একটি অ্যালকাইল-সিলিকেট যেমন টেট্রাইথাইল অরথোসিলিকেট (টিইওএস) সিলিকা অগ্রদূত হিসাবে এবং ফর্মিক অ্যাসিড বিকারক এবং দ্রাবক (9, 10) ধারণ করে।এই সল-জেল প্রক্রিয়ার জন্য প্রস্তাবিত প্রক্রিয়া (11) অনুসারে, সিলিকা প্রধানত টিইওএস এবং ফর্মিক অ্যাসিডের মধ্যে প্রতিক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত হয়, যদিও সল-জেল প্রক্রিয়া চলাকালীন জল উত্পন্ন হয়।এই ফর্মিক অ্যাসিড-ভিত্তিক "অনাকীয়" মিশ্রণগুলি ছাড়াও, অনুঘটক হিসাবে এইচসিএল সহ জলীয় সল-জেল ফর্মুলেশন এবং বিকারক হিসাবে H2O (প্লাস জৈব দ্রাবক)ও বর্ণনা করা হয়েছে, তবে, এই বিশেষ ক্ষেত্রে একটি সিলিকা কম্পোজিটের সংশ্লেষণের জন্য শুধুমাত্র আয়নিক তরল (12-15)।

সাধারণত, ionogels ILE রেফারেন্সের তুলনায় আয়ন পরিবাহিতা কম দেখায়।আয়নোজেলের প্রথম প্রজন্মের ঘরের তাপমাত্রার পরিবাহিতা ছিল সাধারণত বাল্ক আইএলই মানের প্রায় 30 থেকে 50%, যদিও কিছু উদাহরণ 80% পর্যন্ত পৌঁছেছে (9, 10, 16, 17)।ILE বিষয়বস্তুর প্রভাব এবং আয়নোজেল পরিবাহিতার উপর ফলস্বরূপ ছিদ্র আকারবিদ্যা ইতিমধ্যেই বিস্তারিতভাবে তদন্ত করা হয়েছে (3);যাইহোক, ইন্টারফেস বর্ধিতকরণ প্রভাবগুলির কোন পদ্ধতিগত অধ্যয়ন জানা যায় না।উ এট আল।(18) সম্প্রতি একটি ইন সিটু ফাংশনালাইজড আয়নোজেল সম্পর্কে রিপোর্ট করেছে, যা বাল্ক আইএলই-এর তুলনায় পরিবাহিতা বৃদ্ধি করেছে।সিলিকা পৃষ্ঠে অ্যানিয়ন এবং 3-গ্লিসিডাইলোক্সাইপ্রোপাইল ফাংশনাল গ্রুপের মধ্যে মিথস্ক্রিয়াকে বর্ধনের জন্য দায়ী করা হয়েছিল।এই অনুসন্ধানটি এই ধারণাটিকে সমর্থন করে যে পৃষ্ঠের কার্যকারিতা প্রকৃতপক্ষে ইন্টারফেস পরিবাহী প্রচারকে উন্নত করতে পারে।

এই কাজে, আমরা সিলিকার উপর একটি কঠিন বরফের জলের স্তরের অবস্থার গঠন প্রদর্শন করি এবং পৃষ্ঠের বরফ কার্যকরী স্তর এবং শোষণ করা আয়নিক তরল মেসোফেজ স্তরের মধ্যে বর্ধিত ডাইপোল মিথস্ক্রিয়া দ্বারা ইন্টারফেসিয়াল লি-আয়ন পরিবাহনের প্রক্রিয়া বিস্তারিত করি।উচ্চ অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠ এলাকা এবং ঘন বরফ কার্যকরী স্তরের সংমিশ্রণ দ্বারা, বাল্ক আইএলই রেফারেন্সের তুলনায় 200% বেশি লি-আয়ন পরিবাহিতা সহ কঠিন ন্যানোকম্পোজিট ইলেক্ট্রোলাইট (ন্যানো-এসসিই) অর্জন করা হয়েছিল।সিলিকা ম্যাট্রিক্সের ছিদ্র ভলিউম এবং 90% এবং 1400 m2/g পর্যন্ত ভূপৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সহ একটি সত্যিকারের মনোলিথিক মেসোপোরাস গঠন দেখানো হয়েছে, এইভাবে এই ইন্টারফেসগুলির সাথে পরিবাহী বর্ধনের বৃহৎ অবদানের জন্য চরম পৃষ্ঠ-থেকে-ভলিউম অনুপাত প্রদান করে।সিলিকা পৃষ্ঠের অপ্টিমাইজড ফাংশনালাইজেশন এবং পৃষ্ঠ-থেকে-ভলিউম অনুপাত সর্বাধিক করার সাথে, 10 mS/cm এর বেশি আয়ন পরিবাহিতা সহ ন্যানো-SCE সম্ভাব্যভাবে ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে এবং এইভাবে স্বয়ংচালিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য বড়-ক্ষমতার ব্যাটারির জন্য খুব আকর্ষণীয়।

আমাদের কাগজের ফোকাস রামন, ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড (FTIR), এবং নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স (NMR) স্পেকট্রোস্কোপি থেকে প্রমাণ সহ একটি মেসোফেজ স্তর গঠনের মাধ্যমে বর্ধিত ইন্টারফেস পরিবাহিতা প্রক্রিয়ার উপর।উচ্চ ভোল্টেজে আমাদের ন্যানো-এসসিই উপাদানের ইন্টারফেস স্থায়িত্ব পাতলা-ফিল্ম লিথিয়াম ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড (LMO) ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে প্রদর্শিত হয়।এইভাবে, ইলেক্ট্রোড ইন্টিগ্রেশন এবং সেল অ্যাসেম্বলি সমস্যাগুলির পরিবর্তে উপাদানগুলির উপর ফোকাস বজায় রাখে।একইভাবে, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো এবং লিথিয়াম মেটাল ফয়েলের বিরুদ্ধে স্থায়িত্ব সম্পূর্ণরূপে চিহ্নিত করা হয়।আমাদের ন্যানো-SCE এর কার্যকারিতা এবং একীকরণ লিথিয়াম আয়রন ফসফেট (LFP) এবং লিথিয়াম টাইটানেট (LTO) কোষগুলির সমাবেশ এবং রেট কর্মক্ষমতা পরীক্ষার মাধ্যমে প্রদর্শিত হয়।আমাদের ইলেক্ট্রোলাইটের স্থায়িত্ব এবং বরফের জলের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল নিষ্ক্রিয়তা প্রতিসম Li-SCE-Li কোষগুলির দীর্ঘমেয়াদী সাইক্লিংয়ের মাধ্যমে দেখানো হয়েছিল।শক্তির ঘনত্বের অপ্টিমাইজেশন, রেট পারফরম্যান্স, এবং সম্পূর্ণরূপে একত্রিত কোষগুলির সাইক্লিং কর্মক্ষমতা ফলো-আপ পেপারগুলির ফোকাস হবে (19, 20)।

দুই-ফেজ কম্পোজিট সিস্টেমে ইন্টারফেসিয়াল আয়ন পরিবাহিতা প্রচার প্রায় 90 বছর ধরে পরিচিত (21)।উদাহরণস্বরূপ, বিশুদ্ধ লিথিয়াম লবণ ইলেক্ট্রোলাইটের আয়ন পরিবাহিতা (22) এর তুলনায় সিলিকা বা অ্যালুমিনার মতো মেসোপোরাস অক্সাইড কণা সহ লিথিয়াম আয়োডাইডের মতো সরল লিথিয়াম লবণের কম্পোজিটের জন্য আয়নিক পরিবাহিতা বৃদ্ধির চারটি অর্ডার পর্যন্ত দেখানো হয়েছে।এই SCE-এর আয়নগুলি অক্সাইড/ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেসে গঠিত লি আয়ন-ক্ষয়প্রাপ্ত (বা শূন্যতা-সমৃদ্ধ) বৈদ্যুতিক ডাবল স্তর বরাবর খুব দ্রুত ছড়িয়ে পড়তে পারে।দুর্ভাগ্যবশত, লি-আয়ন ব্যাটারিতে বর্তমান সংগ্রাহক প্লেটগুলির মধ্যে কয়েকশো-মাইক্রোমিটার দূরত্ব পূরণ করতে প্রয়োজনীয় 1-mS/cm2 থ্রেশহোল্ডকে অতিক্রম করেনি। .আয়নিক পরিবাহিতা প্রকৌশলী করার জন্য একটি অক্সাইড ম্যাট্রিক্সের সাথে ভিন্নধর্মী ডোপিংয়ের ধারণাটি পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট (23) এবং ILEs (24) এর জন্যও অন্বেষণ করা হয়েছে, যার সাথে শুরু করার জন্য একটি উচ্চতর অন্তর্নিহিত আয়নিক পরিবাহিতা রয়েছে।উপরন্তু, তৃতীয় উপাদানের সমৃদ্ধ আণবিক (স্টিরিও) রসায়ন অতিরিক্ত আয়ন পরিবাহী প্রক্রিয়া উন্মুক্ত করে, কারণ (di)পোলার দ্রাবক-সদৃশ অণু বৈদ্যুতিক ডাবল স্তর গঠনে অংশগ্রহণ করতে পারে।পলিথিন অক্সাইড পলিমার ইলেক্ট্রোলাইটে ইথার গোষ্ঠীগুলির সমাধানকারী ক্রিয়া LiClO4 থেকে ~10−5 S/cm এর জন্য LiN(SO2CF3)2 এর জন্য ~10−6 S/cm এর কঠিন-স্থিতি আয়ন পরিবাহিতা প্রদান করে, তাদের সিলিকা, অ্যালুমিনা সহ কম্পোজিট , বা টাইটানিয়া ন্যানো পার্টিকেল প্রকৃতপক্ষে পরিমাপকৃত আয়ন পরিবাহিতা (25) 10-গুণেরও বেশি বৃদ্ধি প্রদান করতে পারে, দুর্ভাগ্যবশত, এখনও 1 mS/cm এর ঘরের তাপমাত্রা থ্রেশহোল্ডের নীচে।আইএলই দ্রবণগুলি হল একটি লি-লবণ দ্রাবক এবং একটি আয়নিক তরল দ্রাবকের মিশ্রণ, যা ইতিমধ্যেই 0.1 এবং 10 mS/cm (26, 27) এর মধ্যে উচ্চ অভ্যন্তরীণ আয়নিক পরিবাহিতা থাকতে পারে।অক্সাইড ন্যানো পার্টিকেলগুলির সাথে মিশ্রিত বা জেল করে আয়ন পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য বা মেসোপোরাস মাইক্রোপার্টিকলে আইএলই সীমাবদ্ধ করার জন্য বেশ কয়েকটি প্রচেষ্টা করা হয়েছে (9, 16, 28, 29)।যাইহোক, এখনও পর্যন্ত, তিন-উপাদান লি-লবণ/আয়নিক তরল/অক্সাইড কম্পোজিটের জন্য আয়ন পরিবাহিতার কোন বর্ধন লক্ষ্য করা যায়নি (চিত্র S1)।যদিও মেসোপোরাস সিলিকা মাইক্রো পার্টিকেল ব্যবহারের ফলে কঠিন ন্যানো পার্টিকেল সহ কম্পোজিটের তুলনায় উচ্চ পরিবাহিতা হয়, তবে আন্তঃফেসিয়াল পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং আয়ন পরিবাহী প্রচার বাল্ক ILE পরিবাহিতা অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট নয়।

মেসোপোরাস সিলিকা ক্যাটালাইসিসে ব্যবহৃত একটি সুপরিচিত উপাদান।এটি সাধারণত হাইড্রোথার্মাল বা সাধারণ সোল-জেল সংশ্লেষণ দ্বারা তৈরি করা হয়।হাইড্রোথার্মাল প্রক্রিয়াগুলি সাধারণত মেসোপোরাস পাউডারের দিকে পরিচালিত করে, তবে ঘরের তাপমাত্রা সল-জেল প্রক্রিয়ার সাবধানে নিয়ন্ত্রণের সাথে, বড় ছিদ্রযুক্ত কাচের মনোলিথ বা অ্যারোজেলগুলিও তৈরি করা হয়েছে।সিলিকা ম্যাট্রিক্স হাইড্রোলাইসিস এবং টেট্রা-অ্যালকাইল অর্থোসিলিকেটের ঘনীভবন বিক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত হয় (30)।ছিদ্র কাঠামোর নিয়ন্ত্রণের চাবিকাঠি হল টেমপ্লেটগুলির ব্যবহার, উদাহরণস্বরূপ, একটি সার্ফ্যাক্ট্যান্ট-টাইপ মাইসেল, যার চারপাশে সিলিকা ম্যাট্রিক্স গঠিত হয়।যখন একটি আয়নিক তরলকে টেমপ্লেটিং অণু হিসাবে যোগ করা হয়, হাইড্রেটেড সিলিকা ম্যাট্রিক্স আয়নিক তরলের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, একটি জেল তৈরি করে এবং নিরাময় এবং শুকানোর পরে, আয়নিক তরলটি কঠিন ন্যানোপোরাস সিলিকা ম্যাট্রিক্স (13) এর মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে।যখন লিথিয়াম লবণ তৃতীয় উপাদান হিসাবে যোগ করা হয়, তখন সিলিকা ম্যাট্রিক্সে সীমাবদ্ধ ILE একটি সিলিকা জেল ইলেক্ট্রোলাইট গঠন করে, যাকে আয়নোজেল (24) হিসাবেও উল্লেখ করা হয়েছে।যাইহোক, এখনও অবধি, এই সিলিকা জেল ইলেক্ট্রোলাইটগুলি বাল্ক আইএলই এর কাছে পরিবাহিতা দেখায় কিন্তু এটিকে অতিক্রম করে না, একটি ক্ষেত্রে যেখানে সিলিকা রাসায়নিকভাবে কার্যকরী করা হয়েছিল (ভূমিকা দেখুন) (18)।

এখানে, আমরা দেখাই, বিশুদ্ধ ILE এর বাইরে ন্যানোকম্পোজিটের লি-আয়ন পরিবাহিতার পদ্ধতিগত প্রচার।1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) এর উদাহরণ এখানে ব্যবহার করা হয়েছে।এটি অনুমান করা হয় যে ওএইচ-সমাপ্ত সিলিকা পৃষ্ঠের আয়নিক তরল অণুগুলির শোষণ একটি ইন্টারফেসিয়াল বরফ জলের স্তরের উপস্থিতি দ্বারা প্রচারিত হয়।বরফের জল এবং TFSI-এর মধ্যে শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধন আয়নিক তরলের আণবিক ক্রমকে প্ররোচিত করে, যা আয়নিক তরলগুলিতে স্বতঃস্ফূর্তভাবে গঠিত ডোমেনের অনুরূপ (31)।বাল্ক আইএলই-তে এলোমেলোভাবে গঠিত ডোমেনগুলির সাথে মূল পার্থক্য হল যে বরফ স্তরটি একটি কার্যকরী স্তর হিসাবে কাজ করে যা (i) অক্সাইড পৃষ্ঠের আণবিক ক্রমকে প্ররোচিত করে এবং (ii) মুক্ত Li+ মুক্তির জন্য ডাইপোলগুলিকে প্ররোচিত করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী এইচ-বন্ধন প্রবর্তন করে। উন্নত সঞ্চালনের জন্য।বিনামূল্যে Li+ ঘনত্ব বৃদ্ধির পাশে, আমরা দেখাব যে শোষণ করা ILE স্তর এবং বরফের জলের স্তর সহ যৌগিক ইন্টারফেসের সাথে ছড়িয়ে পড়ার জন্য সক্রিয়করণ শক্তি কম।

সিলিকার উপর কয়েক-মনোলেয়ার-পুরু পৃষ্ঠের জলের স্তরটি একটি কঠিন-সদৃশ স্তর, কারণ এটি এইচ-ব্রিজের মাধ্যমে সিলানল গোষ্ঠীর সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ এবং তাই এটিকে বরফ স্তর (32) হিসাবেও উল্লেখ করা হয়।এর ঘনত্ব এবং পুরুত্ব (আনুমানিক তিন থেকে চারটি মনোলেয়ার, প্রতি বরফ মনোলেয়ারে ~0.25 nm) পরিবেশে আংশিক জলের চাপ [আপেক্ষিক আর্দ্রতা (RH)] এর সাথে তাপগতিগত ভারসাম্য রয়েছে (চিত্র S2)।আমরা দেখাই যে বরফের জলের স্তরের পুরুত্বের সাথে আয়ন পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায় কারণ শোষণ করা আয়নিক স্তরগুলির সাথে হাইড্রোজেন বন্ধনও বৃদ্ধি পায়।বরফের জলের স্তর রাসায়নিক যৌগগুলিতে স্ফটিক জলের মতোই স্থিতিশীল।এটি লবণের মিশ্রণে অতি ঘনীভূত জলীয় ইলেক্ট্রোলাইট বা তথাকথিত জলের সাথে সম্পূর্ণ বিপরীত, যেখানে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডোটি ব্যাপকভাবে প্রশস্ত হয় কিন্তু অবশেষে, জল এখনও তড়িৎ রাসায়নিকভাবে সক্রিয় (33)।

সাধারণ ফর্মিক অ্যাসিড-অনুঘটক আয়নোজেল রেসিপি থেকে ভিন্ন, আমরা প্রচুর পরিমাণে জল এবং PGME (1-methoxy-2-propanol) Li-TFSI লবণ এবং BMP-TFSI আয়নিক তরল সহ একটি TEOS অগ্রদূতের সাথে একটি হালকা pH 5 মিশ্রণ ব্যবহার করেছি।এই পিএইচ-এ, হাইড্রোলাইসিস প্রতিক্রিয়া ধীর হয়, যখন ঘনীভবন অনুকূল হয় (30)।লি আয়নগুলি হাইড্রোলাইসিস বিক্রিয়ার জন্য অনুঘটক হিসাবে কাজ করে বলে মনে করা হয়, কারণ লিথিয়াম লবণের অনুপস্থিতিতে কোন জেলেশন ঘটেনি যখন উভয়ের পিএইচ 5 ছিল। TEOS এর সাথে আয়নিক তরলের মোলার অনুপাত (এবং এইভাবে সিলিকা ময়েটিজ) x মান হিসাবে নির্দেশিত এবং 0.25 এবং 2 এর মধ্যে পরিবর্তিত ছিল। BMP-TFSI থেকে Li-TFSI এর মোলার অনুপাত 3 এ রাখা হয়েছিল (1 M Li-ion সমাধানের সাথে সম্পর্কিত)।মনোলিথ কাঠামোর কাঠামোগত অখণ্ডতা বজায় রাখার জন্য ধীরে ধীরে শুকানোর প্রয়োজন ছিল (উপাদান এবং পদ্ধতি দেখুন)।চিত্র 1A ভ্যাকুয়াম শুকানোর পরে প্রাপ্ত একটি মনোলিথিক পেলেটের একটি ফটোগ্রাফ দেখায়।72-ঘণ্টার ভ্যাকুয়াম শুকানো সমস্ত আর্দ্রতাকে এমন একটি বিন্দুতে অপসারণ করার জন্য যথেষ্ট ছিল যেখানে সমস্ত মুক্ত জল সরানো হয়েছিল যখন শোষণ করা বরফের জলের স্তরটি সম্পূর্ণরূপে অক্ষত ছিল, যেমনটি FTIR দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছে।ভ্যাকুয়াম শুকানোর ধাপের (চিত্র 2) পরে যেকোন নমুনায় 1635 সেমি-1-এ বিনামূল্যে জলের জন্য কোনও কম্পন সনাক্ত করা যায়নি।তুলনা করার জন্য, 60% RH এ N2 গ্লাভ বক্সে 1 সপ্তাহের জন্য সংরক্ষিত ন্যানো-SCE নমুনার (x = 1.5) জন্য FTIR স্পেকট্রাম দেখানো হয়েছে।এই ক্ষেত্রে, একটি পরিষ্কার বিনামূল্যে জল শিখর প্রদর্শিত হবে।অন্যদিকে, সমস্ত নমুনা সিলানল পৃষ্ঠের কার্যকারিতা (Si─OH 950 এবং 980 cm−1-এর মধ্যে বাঁকানো) এবং একটি শোষিত বরফের জলের স্তর (O─H ~3540 cm−1 এ প্রসারিত) এর সাথে বন্ধনের জন্য একটি স্পষ্ট সংকেত দেখায়। H-বন্ধন দ্বারা ─OH পৃষ্ঠের গোষ্ঠীগুলি (নীচে আরও বিশদ বিবরণ)।ন্যানো-এসসিই (টেবিল এস 1) এ ধরে রাখা জল পরিমাপ করার জন্য শুকানোর পদক্ষেপের আগে এবং পরে শিশিগুলি ওজন করা হয়েছিল।পরে, আমরা অতিরিক্ত ওজন থেকে পৃষ্ঠ-আবদ্ধ বরফ স্তরগুলির সংশ্লিষ্ট মনোলেয়ারের সংখ্যা গণনা করব।ভ্যাকুয়াম-শুকনো বৃক্ষগুলি গ্লাভ বাক্সে [<0.1-ppm (পার্টস প্রতি মিলিয়ন) H2O] আনা হয়েছিল এবং মূল জলের উপাদান বজায় রাখার জন্য বন্ধ শিশিতে সংরক্ষণ করা হয়েছিল।আরও চরিত্রায়নের জন্য পেলেট থেকে একটি ছোট ভলিউম নেওয়া হয়েছিল।

(ক) শিশিতে সংশ্লেষিত দুটি ন্যানো-এসসিই পেলেটের ছবি (বাম);জেলেশনের পরে, একটি স্বচ্ছ পিলেট পাওয়া যায়।মনে রাখবেন যে পেলেটটি সম্পূর্ণ স্বচ্ছ এবং তাই দৃশ্যমানতার জন্য একটি নীল রঙ দেওয়া হয়েছিল।যখন ILE অপসারণ করা হয়, তখন অত্যন্ত ছিদ্রযুক্ত সিলিকা ম্যাট্রিক্সের (ডানদিকে) জন্য একটি ভঙ্গুর সাদা পেলট থেকে যায়।(B) SiO2 ম্যাট্রিক্সের স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) চিত্র যা ILE অপসারণের পরে থেকে যায়।(C) ছবির জুম (B) কিছু ম্যাক্রোপোর সহ ম্যাট্রিক্স উপাদানের মেসোপোরাস প্রকৃতিকে চিত্রিত করে।(D) ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (TEM) চিত্র 7- থেকে 10-nm সিলিকা ন্যানো পার্টিকেলগুলির একটি ঘন প্যাকিং দেখাচ্ছে ছিদ্রযুক্ত ম্যাট্রিক্স উপাদানের বিল্ডিং ব্লক হিসাবে।(E) SiO2 (x মান) এর সাপেক্ষে ILE এর বিভিন্ন মোলার অনুপাতের জন্য প্লট করা ম্যাট্রিক্স কাঠামোর ছিদ্রতা।ড্যাশড লাইনটি আইএলই এবং সিলিকার ভলিউম ভগ্নাংশ থেকে নির্ধারিত তাত্ত্বিক পোরোসিটি দেয়।অ্যাসিটোন-মাখা নমুনাগুলি (কালো স্কোয়ার) বাতাসে শুকানো হয়েছিল, যা x> 0.5 এর জন্য কাঠামোর আংশিক পতন দেয়।ইথানল-রিন্সড ন্যানো-এসসিই (সবুজ বৃত্ত) এর সুপারক্রিটিকাল CO2 শুকানো CO2 (ওপেন সার্কেল) অতিরিক্ত ধীর গতিতে অপসারণের জন্য x = 2 পর্যন্ত পতন প্রতিরোধ করে।BET, Brunauer-Emmett-Teller.ছবির ক্রেডিট: ফ্রেড লুসেন, imec;আকিহিকো সাগারা, প্যানাসনিক।

(A) ন্যানো-SCE-এর IR স্পেকট্রা ভ্যাকুয়াম (কালো) হিসাবে শুকানো হয় এবং পরবর্তীতে আরও একটি গ্লাভ বাক্সে 0.0005% RH সহ 9 দিনের জন্য (নীল) শুকানো হয় এবং 4 দিন (লাল) এবং 60-এর জন্য 30% RH-এর সংস্পর্শে আসে। যথাক্রমে 8 দিনের জন্য % RH (সবুজ),au, নির্বিচারে একক।(B) 1.0 (নীল), 1.5 (সবুজ), এবং 2.0 (লাল) এবং ILE রেফারেন্স (কালো) এর x মান সহ Li/SCE/TiN স্ট্যাকের সাইক্লিক ভোল্টামমোগ্রাম;ইনসেট লগারিদমিক স্কেলে বর্তমান দেখায়।(C) Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 স্ট্যাক (লাল), ILE (ডটেড ব্ল্যাক), এবং ILE 5 ওজন % (wt %) H2O (ড্যাশ-ডটেড ব্লু লাইন) সহ স্পাইকড এর সাইক্লিক ভোল্টামমোগ্রাম;(B) এবং (C) এ, H2O-এর সাথে ILE এবং ILE-এর সাথে পরিমাপ তিন-ইলেক্ট্রোড কনফিগারেশনে টিআইএন-এর সাথে একটি কার্যকরী ইলেক্ট্রোড এবং Li কাউন্টার এবং রেফারেন্স ইলেক্ট্রোড হিসাবে করা হয়েছিল।ভ্যাকুয়াম শুকানোর পরে গ্লাভ বাক্সে 2 দিনের জন্য এসসিই শুকানো হয়েছিল।

আমাদের ভ্যাকুয়াম-অ্যানিলড ন্যানো-SCE-এর আয়নিক পরিবাহিতা (σi) কণা কম্পোজিট (চিত্র S1) হিসাবে ILE (x মান) এর ভলিউম ভগ্নাংশের সাথে বৃদ্ধি পেয়েছে।যাইহোক, এই ক্ষেত্রে, আয়নিক পরিবাহিতা সর্বোচ্চ x মানের জন্য বিশুদ্ধ ILE-এর থেকে 200% বেশি (চিত্র 3) ছাড়িয়ে গেছে।অধিকন্তু, বর্ধিত আয়ন পরিবাহিতা সহ ন্যানো-এসসিই-এর তাপমাত্রা নির্ভরতা বিশুদ্ধ ILE-এর তুলনায় ভিন্ন আচরণ দেখিয়েছে: যেখানে BMP-TFSI ILE-তে Li-TFSI গলনের চারপাশে পরিবাহিতা এবং সক্রিয়করণ শক্তির (ঢাল) একটি স্পষ্ট পরিবর্তন দেখায়। 29°C এ মিশ্রণের বিন্দু, বর্ধিত পরিবাহিতা সহ ন্যানো-এসসিই নয়।পরিবর্তে, এটি তাপমাত্রার সাথে σi-এর একটি ক্রমাগত পরিবর্তন দেখায়, যা ইঙ্গিত করে যে একটি পূর্বে অজ্ঞাত ধরনের ফেজ বা মেসোফেজ গঠিত হয়েছে, যা পরবর্তীতে উন্নত পরিবাহিতার জন্য দায়ী।অধিকন্তু, ILE এর তুলনায় ন্যানো-SCE-এর জন্য প্রসারণের জন্য ছোট ঢাল এবং এইভাবে কম সক্রিয়করণ শক্তি বিভিন্ন উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলি নির্দেশ করে (চিত্র S3)।এটি অনুমান করা হয় যে আয়নিক তরল অণু এবং সিলিকা স্ক্যাফোল্ডের কঠিন বরফ স্তরের মধ্যে শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করা মেসোফেজ আচরণের জন্য দায়ী, যেমনটি নীচের প্রস্তাবিত মডেলের সাথে আলোচনা করা হবে।

(ক) গ্লাভ বক্সে (জিবি) 8 দিনের জন্য শুকানো ন্যানো-এসসিই-এর পরিবাহিতার তাপমাত্রা নির্ভরতা x মান 2 (কালো বর্গ), 1.75 (কমলা বৃত্ত), 1.5 (নীল ত্রিভুজ), এবং 1.0 (সবুজ ত্রিভুজ)। ) এবং ILE রেফারেন্সের (খোলা স্কোয়ার)।(বি) ন্যানো-এসসিইগুলির পরিবাহিতা অতিরিক্তভাবে 0 দিন (সবুজ বর্গক্ষেত্র), 10 দিন (কালো ত্রিভুজ) এবং 138 দিন (নীল ত্রিভুজ) জন্য GB তে শুকানো হয়।(C) পরিবাহিতা বনাম ন্যানো-SCE এর শুকানোর সময়ের বর্গমূল যার x মান 2 (কালো বর্গ), 1.5 (নীল ত্রিভুজ), 1.0 (সবুজ ত্রিভুজ), এবং 0.5 (বাদামী হীরা)।(D) ন্যানো-SCE এর পরিবাহিতা x = 2 (কালো বর্গক্ষেত্র), 1.5 (নীল ত্রিভুজ), এবং 1.0 (সবুজ ত্রিভুজ) একটি N2-ভরা আর্দ্রতা চেম্বারে উন্মুক্ত।

গ্লাভ বাক্সের আর্গন বায়ুমণ্ডলে 0.1 পিপিএমের কম জল রয়েছে, যা 0.0005% RH, 0.01 Pa এর আংশিক জলের চাপ বা −88°C এর শিশির বিন্দুর সাথে মিলে যায়।যেহেতু সিলানল-সমাপ্ত সিলিকার শোষিত জলের স্তরগুলির সংখ্যা জলের আংশিক চাপের সাথে ভারসাম্যপূর্ণ (চিত্র S2), পৃষ্ঠের জল ধীরে ধীরে ন্যানো-এসসিই থেকে ছড়িয়ে পড়বে এবং প্রান্তে পরমান্বিত হবে।চিত্র 3C গ্লোভ বাক্সে বসবাসের সময় ফাংশন হিসাবে 23 μl ন্যানো-SCE এর পরিবাহিতা পরিবর্তন দেখায়।আয়ন পরিবাহিতা শুকানোর সাথে সাথে হ্রাস পায় যতক্ষণ না এটি গ্লাভ বাক্সে 0.01 Pa এর জলের আংশিক চাপের সাথে ভারসাম্যের সাথে সিলিকা পৃষ্ঠের সাথে সম্পর্কিত একটি মানতে পরিপূর্ণ হয়।এমনকি গ্লাভ বক্সের চরম শুষ্ক অবস্থার মধ্যেও, অন্তত, সিলানলে শোষিত জলের একটি আংশিক মনোলেয়ার উপস্থিত রয়েছে, কারণ রামন বর্ণালী বর্ণালী এখনও 3524 সেমি-1-এ একটি সংকেত দেখিয়েছে, যা সিল্যানলে শোষণ করা জলের প্রথম মনোলেয়ারের জন্য নির্দিষ্ট। (চিত্র 4বি)।স্যাচুরেটেড অবস্থার অধীনে আয়ন পরিবাহিতা সমস্ত ক্ষেত্রে পৃথক ILE এর চেয়ে ভাল ছিল।তাই, ছিদ্রের মূল অংশে সীমাবদ্ধ ILE-এর আয়নিক পরিবাহিতার ক্ষতি পূরণের জন্য বর্ধন যথেষ্ট নয়।

(A) ন্যানো-SCE এর IR স্পেকট্রা যার x মান 1.5 (লাল), ILE রেফারেন্স (কালো), এবং SiO2 (নীল), দেখায় যে O═S═O গ্রুপ (1231 cm−1) এর সাথে জড়িত সিলিকা পৃষ্ঠে OH-গোষ্ঠীর সাথে মিথস্ক্রিয়া।(B) 2 (কালো), 1.5 (লাল), এবং 0.5 (নীল) এর x মান সহ ন্যানো-SCE-এর রমন বর্ণালী, স্যাচুরেশন (0.0005) এর কাছাকাছি ন্যানো-SCE-এর জন্যও সিলানল-টার্মিনেটেড সিলিকার উপর বরফের জলের উপস্থিতি দেখায় % RH) একটি গ্লাভ বাক্সে (30 দিন)।(C) ন্যানো-SCE-তে Li-TFSI-কে বিনামূল্যে Li+-তে বিচ্ছিন্ন করে ইন্টারফেস মিথস্ক্রিয়ার জন্য প্রস্তাবিত মডেল কারণ TFSI− অ্যানিয়ন তার নেতিবাচক চার্জের অংশ শোষণ করা বরফ-TFSI-BMP স্তরের সাথে ভাগ করে;রঙগুলি বেগুনি (সিলিকন), লাল (লিথিয়াম), গাঢ় হলুদ (সালফার), কমলা (অক্সিজেন), নীল (নাইট্রোজেন), সাদা (হাইড্রোজেন), এবং সবুজ (ফ্লোরিন) সহ বিভিন্ন উপাদানের প্রতিনিধিত্ব করে।বেগুনি ড্যাশযুক্ত রেখাগুলি TFSI অ্যানিয়নের O═S গ্রুপ এবং হাইড্রোক্সিলেটেড সিলিকা পৃষ্ঠের OH-গোষ্ঠীর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধনকে উপস্থাপন করে।শোষণ করা স্তরের উপর ডাইপোল দ্বারা মুক্ত করা Li+ আয়নগুলি পরবর্তী মোবাইলের মাধ্যমে স্থানান্তর করতে পারে বা ইন্টারফেস স্তরগুলির উপরে আয়নিক তরল স্তরগুলি ছড়িয়ে দিতে পারে।মনে রাখবেন যে হাইড্রোজেন বন্ডের শক্তি এবং সিলিকার সমতুল্য চার্জের উপর নির্ভর করে, একাধিক শোষিত স্তরও তৈরি হতে পারে।সম্পূর্ণ বর্ণালী ডুমুর দেখানো হয়.S8.

একটি আকর্ষণীয় পর্যবেক্ষণ হল চিত্র 3C-তে দেখানো শুকানোর সময়ের বর্গমূলের সাথে রৈখিক সম্পর্ক, যা নির্দেশ করে যে পরিবাহিতা পরিবর্তন সিলিকার উপর শোষণ করা বরফ জলের পরিমাণের পরিবর্তনের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক এবং এই পৃষ্ঠের জল অপসারণ বিস্তার সীমিত।মনে রাখবেন যে "শুকানো" শুধুমাত্র একটি উন্মুক্ত পরিবেশে ঘটে যেখানে ভারসাম্যপূর্ণ বরফ স্তরের তুলনায় RH কম।পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হয়নি, উদাহরণস্বরূপ, তাপমাত্রা-নির্ভর পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত বন্ধ মুদ্রা কোষে।

গ্লাভ বাক্সে শুকানোর বিভিন্ন সময়ের জন্য ন্যানো-এসসিই-এর তাপমাত্রা নির্ভরতা পরিমাপ করা হয়েছিল।শুকনো ন্যানো-SCE-এর পরিবাহিতা ILE-এর কাছাকাছি আসার সাথে সাথে মেসোফেজ পরিবাহিতার জন্য ক্রমাগত σi বনাম 1/T প্রোফাইলগুলি ধীরে ধীরে ILE-এর প্রোফাইলে পরিবর্তিত হয়, আবার এর গলনাঙ্কের চারপাশে ড্রপ প্রকাশ করে (চিত্র S3)।এই পর্যবেক্ষণটি এই ধারণাটিকে আরও সমর্থন করে যে বরফের স্তরটি ILE-এর সাথে ইন্টারফেস মিথস্ক্রিয়া করার জন্য একটি কার্যকরী স্তর হিসাবে কাজ করে, যা ন্যানো-এসসিই-তে মেসোফেজ আচরণের জন্ম দেয়।সুতরাং, যখন কার্যকরী স্তরটি সরানো হয়, তখন ILE শুধুমাত্র একটি মেসোপোরাস অক্সাইড ঝিল্লিতে সীমাবদ্ধ হয়ে যায়।

ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থায়িত্ব উইন্ডোর পরিমাপ নিশ্চিত করে যে ন্যানো-এসসিই-তে বরফের জল স্থিতিশীল, কারণ জল হ্রাস বা অক্সিডাইজেশনের জন্য কোনও শিখর নিষ্ক্রিয় TiN ইলেক্ট্রোডে (চিত্র 2) বা TiO2 পাতলা-ফিল্ম ইলেক্ট্রোডে দেখা যায়নি, যা অন্যথায় কাজ করে। জল কমানোর জন্য একটি ইলেক্ট্রো-অনুঘটক হিসাবে।পরিবর্তে, ন্যানো-এসসিই-এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থায়িত্ব ILE-এর মতোই এবং এইভাবে TFSI−-এর ইলেক্ট্রোড পটেনশিয়াল > 4.3 V এবং TFSI− এবং BMP+-এর জারণের দ্বারা সীমিত <1 V বনাম Li+/Li (৩৩)।তুলনা করার জন্য, 5 ওজন % (wt %) জল যুক্ত একটি ILE-এর জন্য একটি ভোল্টামমোগ্রাম দেখানো হয়েছে (কিছু ন্যানো-SCE-এর মতো বিষয়বস্তু; টেবিল S1 দেখুন)।এই ক্ষেত্রে, জল কমানোর জন্য একটি ক্যাথোডিক শাখা পরিমাপ করা হয় অবিলম্বে অ্যানাটাসের লি-ইন্টারকেলেশন শিখর 1.5 V বনাম Li+/L.

ন্যানো-SCE-এর তাপীয় এবং (বৈদ্যুতিক) রাসায়নিক স্থিতিশীলতা বেশিরভাগ ILE ফিলার দ্বারা নির্ধারিত হয়।থার্মোগ্রাভিমেট্রিক বিশ্লেষণ (TGA) ILE-থেকে-সিলিকা অনুপাত (চিত্র S4) নির্বিশেষে 320°C পর্যন্ত SCE এবং ILE-এর তাপীয় স্থিতিশীলতা দেখিয়েছে।এই তাপমাত্রার উপরে, Li-TFSI এবং BMP-TFSI সম্পূর্ণরূপে উদ্বায়ী উপাদানগুলিতে পচে যায় এবং শুধুমাত্র সিলিকা ম্যাট্রিক্স 450°C এর কাছাকাছি থাকে।তাপ পচনের পরে অবশিষ্ট ভর শতাংশ প্রকৃতপক্ষে SCE-তে সিলিকার ভগ্নাংশের সাথে খুব ভাল মেলে।

ন্যানো-SCE স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) তে কিছু সিলিকা প্যাচ উঁকি দিয়ে উঁকি দিয়ে মসৃণ পৃষ্ঠ ব্যতীত কোন স্পষ্ট মাইক্রোস্ট্রাকচার দেখায়নি (চিত্র S5)।SCE এর নির্দিষ্ট ঘনত্ব একটি হিলিয়াম পাইকনোমিটার দিয়ে নির্ধারণ করা হয়েছিল এবং সমস্ত x মানের জন্য প্রায় 1.5 g/cm3 ছিল (টেবিল S1)।একটি দ্রাবকের মধ্যে ILE এর ক্লান্তিকর নিষ্কাশনের মাধ্যমে সম্পূর্ণ সিলিকা ম্যাট্রিক্স প্রকাশিত হয়েছিল (উপাদান এবং পদ্ধতি দেখুন)।CO2-এর ক্রিটিক্যাল পয়েন্টে সাবধানে শুকানোর মাধ্যমে, অক্ষত এয়ারজেল মনোলিথগুলি চিত্র 1A-তে দেখানোর মতো পাওয়া যেতে পারে।এসইএম পরিদর্শন 10- থেকে 30-এনএম ছিদ্র ব্যাস সহ মেসোপোরাস সিলিকার একটি ভারা দেখায়, যা 100 থেকে 150 এনএমের বড় ম্যাক্রোপোরগুলির চারপাশে আবৃত থাকে, যেমনটি চিত্র 1 (বি এবং সি) এ দেখা যায়।উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (TEM) (চিত্র 1D) আরও ঘনিষ্ঠভাবে প্যাক করা সিলিকা ন্যানো পার্টিকেলগুলির সমন্বয়ে গঠিত একটি মাইক্রোস্ট্রাকচারকে উন্মোচিত করেছে।0.5 এবং 1.5 এর মধ্যে x মানের জন্য গড় কণার ব্যাস 7 থেকে 14 nm পর্যন্ত।

নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], ছিদ্র, গড় ছিদ্রের আকার এবং ছিদ্রের আকারের বন্টন N2 শোষণ/ডিসোর্পশন পরিমাপ (টেবিল S1 এবং ডুমুর। S6) দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল।কাঠামোর আংশিক পতন এবং শোষণ করা ILE অসম্পূর্ণ অপসারণ সংখ্যাগুলিকে কিছুটা ভুলভাবে উপস্থাপন করতে পারে।প্রদত্ত সুপারক্রিটিকাল CO2 ব্যবহার করে আয়নিক তরল সাবধানে নিষ্কাশন এবং ধীরগতিতে শুকানো, তবে, ILE এর ভলিউম ভগ্নাংশ থেকে সিলিকা পর্যন্ত গণনা করা প্রত্যাশিত পোরোসিটির কাছাকাছি নির্ভরযোগ্য ফলাফল (চিত্র 1)।BET পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল 800 থেকে 1000 m2/g এর মধ্যে।আইসোথার্মের ঢাল থেকে প্রাপ্ত গড় ছিদ্রের আকার 7 থেকে 16 nm এর মধ্যে।উপরন্তু, প্রায় 200 এনএম পর্যন্ত বড় ছিদ্রগুলির একটি ছোট ভগ্নাংশ পরিমাপ করা হয়েছিল (চিত্র S6), SEM পর্যবেক্ষণ অনুসারে।ছিদ্র ব্যাস ILE ভলিউম ভগ্নাংশ এবং BET পৃষ্ঠ এলাকা থেকে প্রাপ্ত ILE স্তরের দ্বিগুণ সমান বেধের সাথে খুব ভালভাবে মিলে যায়, যার অর্থ মেসোপোরগুলি সম্পূর্ণরূপে ILE দিয়ে পূর্ণ।

রিপোর্ট করা BET পৃষ্ঠের এলাকা শুধুমাত্র মেসোপোর এবং ম্যাক্রোপোরদের জন্য।অ্যাসিটোন-রিন্সড ম্যাট্রিক্সের জন্য, মাইক্রোপোরস (~ 0.6 এনএম)ও পরিমাপ করা হয়েছিল।মাইক্রোপোরগুলি পৃথক সিলিকা ন্যানো পার্টিকেলগুলির মধ্যে পাওয়া যায় যা চিত্র 1D-এর TEM ছবিতে দেখানো হয়েছে।650 (x = 0.5) এবং 360 m2/g (x = 1.5) এর মধ্যে সর্বাধিক অতিরিক্ত ক্ষেত্রফল অনুমান করা হয়েছে (সারণী S1)।

এফটিআইআর এবং রমন বর্ণালী উভয়ই মাইক্রোপোরস, মেসোপোরস এবং ম্যাক্রোপোরসকে বিবেচনায় নেওয়ার সময় 1400 মি 2/জি অতিক্রম করে অত্যন্ত কার্যকরী পৃষ্ঠের ক্ষেত্রগুলির সাথে উচ্চ-পোরোসিটি সিলিকা ম্যাট্রিক্সে শোষণ করা বরফের জলের অণুগুলির সাথে সিল্যানল গ্রুপের জন্য স্পষ্ট প্রমাণ দেখায়।x <1.75 এর জন্য ন্যানো-SCE-তে অতিরিক্ত জল থেকে শূন্য থেকে তিনটি জলের মনোলেয়ার অনুমান করা হয়।প্ল্যানার সিলিকার জন্য, শোষিত জলের প্রথম তিনটি মনোলেয়ারকে প্রকৃতপক্ষে অচল এবং কঠিন-সদৃশ বলে মনে করা হয় কারণ তাদের OH- সমাপ্ত পৃষ্ঠের সাথে শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধন (32) (চিত্র দেখুন। S2)।এফটিআইআর বর্ণালীতে 3540 সেমি−1 তে বরফের জলের স্তরের সাথে সিলানল হাইড্রোজেন বন্ধনের সাথে যুক্ত O─H প্রসারিত পাওয়া যায়।সমস্ত ন্যানো-এসসিই, প্রকৃতপক্ষে, ভ্যাকুয়াম শুকানোর পরে এবং গ্লাভ বাক্সে আরও শুকানোর পরে বরফের জলের জন্য 3540 সেমি−1-এ একটি স্বতন্ত্র শিখর দেখায় (চিত্র 2)।এমনকি 0.0005% RH (গ্লাভ বক্স) তে সুষম ন্যানো-এসসিই-এর জন্যও, রামন স্পেকট্রোস্কোপি এখনও অন্তত একটি আংশিক মনোলেয়ারের উপস্থিতি দেখিয়েছে (চিত্র 4বি)।প্ল্যানার সিলিকার চতুর্থ মনোলেয়ারটি একটি ট্রানজিশনাল লেয়ার বলে মনে করা হয়, যার অর্থ এটি এখনও শোষণ এবং সীমাবদ্ধ কিন্তু কিছু গতিশীলতা থাকতে পারে।পঞ্চম স্তর থেকে, জল মোবাইল এবং তরলের মতো হয়ে যায়।তরল জলে H-বন্ধনের নিম্ন ডিগ্রীর কারণে এফটিআইআর বর্ণালীতে তরল-সদৃশ জল উচ্চতর তরঙ্গ সংখ্যায় প্রদর্শিত হবে।60% RH-এর সংস্পর্শে আসা ন্যানো-SCE-এর জন্য, 3540-cm−1peak প্রকৃতপক্ষে অতিরিক্ত শোষণ করা তরল জলের স্তরের কারণে অতিরিক্ত কম্পনগুলি উচ্চতর তরঙ্গ সংখ্যায় স্থানান্তরিত হয়েছে।এই বিষয়ে আকর্ষণীয় হল পরীক্ষা যেখানে নমুনাটি 30% RH-এর সংস্পর্শে এসেছিল, কারণ এই আর্দ্রতায় সিলিকায় এখনও কোন তরল জল প্রত্যাশিত নয় (চিত্র S2)।এই নমুনার জন্য, এফটিআইআর-এ বরফের জলের জন্য শুধুমাত্র 3540 সেমি-1 শিখর দেখা যায়।উপরন্তু, 30% RH-তে 4 দিন পরেও 1635 cm−1-এ কোনও বিনামূল্যে জলের শিখর সনাক্ত করা যায়নি।এর মানে হল যে একবার ন্যানো-এসসিই ভ্যাকুয়াম ট্রিটমেন্টের মাধ্যমে শুকিয়ে গেলে হাইড্রোফোবিক বিএমপি-টিএফএসআইতে দ্রবীভূত হাইড্রোস্কোপিক লি-টিএফএসআই জল গ্রহণ করে না।অতএব, SCE-তে যেকোন অতিরিক্ত জল OH- সমাপ্ত সিলিকা পৃষ্ঠে শোষিত হবে।তাই, প্ল্যানার সিলিকার জন্য, SCE সিলিকা ম্যাট্রিক্স পরিবেশে জলের আংশিক চাপের সাথে ভারসাম্য বজায় রাখে।

এই অনুমানটি আরও পরীক্ষা করার জন্য, ন্যানো-এসসিই (x = 1, 1.5, এবং 2) এর আয়ন পরিবাহিতা বিভিন্ন % RH এ পরিমাপ করা হয়েছিল;নমুনাগুলিকে শুষ্ক এবং আর্দ্র N2 গ্যাসের নিয়ন্ত্রিত মিশ্রণের সংস্পর্শে 2 দিনের জন্য একটি গ্লাভ বাক্সে রাখা হয়েছিল যাতে শোষিত জলের কভারেজ ভারসাম্য বজায় রাখতে পারে (চিত্র 3D)।~0% RH-এ পয়েন্টের জন্য, গ্লাভ বাক্সে সুষম ন্যানো-SCE-এর পরিবাহিতা নেওয়া হয়েছিল।আশ্চর্যজনকভাবে, আয়ন পরিবাহিতা বনাম RH(%) প্রোফাইল প্লানার সিলিকা (চিত্র S2) এ জল শোষণের জন্য প্রত্যাশিত আচরণ অনুসরণ করেছে।0 থেকে 30% RH এর মধ্যে, RH বৃদ্ধির সাথে পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।শোষিত বরফ স্তরের ঘনত্ব এবং পুরুত্ব বৃদ্ধির জন্য প্রত্যাশিত হিসাবে (প্ল্যানার সিলিকার এক থেকে তিনটি বরফের স্তরের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ)।উল্লেখ্য যে এফটিআইআর দেখিয়েছে যে 30% আরএইচ-এ ন্যানো-এসসিই-তে বেশ কয়েক দিন ধরে কোনও বিনামূল্যের জল উপস্থিত ছিল না।একটি ট্রানজিশন দেখা যায় প্রায় 50% RH, এমন অবস্থার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ যেখানে প্ল্যানার সিলিকার জন্য একটি ট্রানজিশনাল শোষণ করা জলের স্তর প্রত্যাশিত।অবশেষে, 60% এবং উচ্চতর আর্দ্রতার দিকে আয়ন পরিবাহিতার একটি স্বতন্ত্র ধাপে বৃদ্ধি পাওয়া যায় যেখানে, প্ল্যানার সিলিকার সাথে সাদৃশ্যপূর্ণভাবে, এখন, সিলিকা এবং এমবেডেড ILE এর মধ্যে ইন্টারফেসে একটি তরল-সদৃশ জলের স্তরও তৈরি হতে পারে।FTIR-এর সাহায্যে, বরফের স্তরে একটি তরল জলের স্তর এখন সিলানল/বরফ/জল কম্পনশীল শিখর থেকে উচ্চতর শক্তিতে স্থানান্তরের মাধ্যমে সনাক্ত করা হয়েছে (চিত্র 2A)।পরিবাহিতা পরিলক্ষিত পরিবর্তন বিপরীতমুখী হয়;এইভাবে, ন্যানো-এসসিই একটি আর্দ্রতা সেন্সর এবং একটি লি-আয়ন ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে কাজ করতে পারে।চিত্র 3D থেকে, ভ্যাকুয়াম অ্যানালের পরপরই ন্যানো-এসসিই-এর আয়ন পরিবাহিতা ~10% RH-এর ভারসাম্য হাইড্রেটেড সিলিকার সাথে মিলে যায়।শুষ্ক কক্ষের অবস্থা (~0.5% RH) স্যাচুরেশনের জন্য আয়ন পরিবাহিতা প্রায় 0.6 mS/cm হবে (x = 2 এর জন্য)।এই পরীক্ষাটি আয়ন পরিবাহিতার উপর ইন্টারফেসিয়াল জলের প্রভাব স্পষ্টভাবে প্রদর্শন করে।RH > 60% এর জন্য, উচ্চতর আয়ন পরিবাহিতা তরল-সদৃশ স্তরের মাধ্যমে দ্রবীভূত Li+ এর দ্রুত প্রসারণের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে।যাইহোক, একটি কঠিন বরফের স্তরের ক্ষেত্রে, Li+ আয়ন প্রসারণ হবে একটি কঠিন-স্থিতির ধরনের প্রসারণ এবং এইভাবে আয়নিক তরলের চেয়ে ধীর।পরিবর্তে, লি-লবণ এবং আয়নিক তরল অণুগুলির জৈব অ্যানয়ন এবং ক্যাটেশনগুলির বর্ধিত শোষণের জন্য বর্ধিতকরণের জন্য দায়ী করা হয়েছে, নীচের মডেলে প্রস্তাবিত হিসাবে।

আমরা এমন একটি মডেলের প্রস্তাব করি যেখানে আয়নিক তরল অণুগুলি সিলানল গ্রুপগুলিতে স্থির বরফের স্তর সহ H-ব্রিজের মাধ্যমে সিলিকা পৃষ্ঠে শোষিত হয় (চিত্র 4)।হাইড্রোলাইসিস ঘনীভবন বিক্রিয়ার অভ্যন্তরীণ প্রকৃতি সর্বোচ্চ সিল্যানল ঘনত্ব প্রদান করে (4 × 1014 থেকে 8 × 1014 cm−2, যা প্রতি cm2 প্রতি ~8 × 1014 জলের অণুর সাথে বরফের একটি মনোলেয়ারের ঘনত্বের সাথে ভালভাবে মিলে যায়) (34)।TFSI anions এবং সিলিকার O পরমাণুর মধ্যে আণবিক মিথস্ক্রিয়া জন্য প্রমাণ FTIR দ্বারা দেওয়া হয়, যা ILE রেফারেন্সের তুলনায় সমস্ত ন্যানো-SCE-এর জন্য O═S═O শিখরের দ্বিগুণ দেখায় (চিত্র 4A; সম্পূর্ণ স্পেকট্রা চিত্রে S8)।1231 cm−1 থেকে প্রায় −5 cm−1 সহ অতিরিক্ত শিখরের স্থানান্তর TFSI অ্যানয়নের অন্তত অংশের জন্য O═S═O গ্রুপের বন্ধন নির্দেশ করে।অতএব, বরফের জলের স্তরে TFSI অ্যানয়নের H-বন্ধন অনুমান করা হয়।পরবর্তীকালে, বৃহৎ হাইড্রোফোবিক BMP ক্যাটেশনগুলি প্রথম TFSI স্তরের সাথে যুক্ত হয়, যা আয়নিক তরল অণুর প্রথম শোষিত স্তরকে সম্পূর্ণ করে।বরফের স্তর হিসাবে, শোষিত BMP-TFSI অণুগুলি বেশিরভাগই স্থির বলে মনে করা হয়, এইভাবে সিলিকা পৃষ্ঠের উপর কঠিন-সদৃশ বরফের স্তরকে প্রসারিত করে।যেহেতু TFSI অ্যানিয়নের একটি প্রতিসম O═S═O গ্রুপ রয়েছে, একটি অক্সিজেন পরমাণু হাইড্রোক্সিলেটেড সিলিকা পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করতে পারে যখন অন্যটি BMP ক্যাটেশনের জন্য স্টিকিং পয়েন্ট গঠন করে।TFSI অ্যানিয়নের দুটি O═S═O গ্রুপ রয়েছে, যা অ্যানিয়ন মনোলেয়ারের দৃঢ় শোষণ এবং ঘন ক্রম নিশ্চিত করে।সম্ভাব্য স্টিকিং পয়েন্ট হিসাবে OH-গোষ্ঠীর সর্বোচ্চ ঘনত্ব সহ একটি ঘন বরফ স্তরের ক্ষেত্রে শোষণ সবচেয়ে কার্যকর।শুধুমাত্র সিলানল গ্রুপের উপস্থিতিতে, শোষণ একটি অবিচ্ছিন্ন শোষণ স্তর গঠন করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী নাও হতে পারে।উপরন্তু, ক্রমবর্ধমান সংখ্যক বরফ মনোলেয়ার হাইড্রোজেন বন্ডের শক্তি বাড়াতে পরিচিত (35)।উল্লেখ্য যে BMP ক্যাটেশন এবং অর্ডারকৃত TFSI মনোলেয়ারের মধ্যে আণবিক মিথস্ক্রিয়া আয়নিক তরল থেকে ভিন্ন হবে যেখানে TFSI অ্যানিয়নের ঘূর্ণনশীল স্বাধীনতা রয়েছে এবং অন্তর্নিহিত পৃষ্ঠ থেকে কোনও মেরুকরণ নেই।বৃহৎ বিএমপি ক্যাটেশনের চার্জ প্রকৃতপক্ষে অভ্যন্তরীণ বন্ধনের মেরুকরণ এবং এর রাসায়নিক পরিবেশের সাথে আণবিক মিথস্ক্রিয়া এবং বিশেষত, শোষণ করা TFSI অ্যানিয়নের মাধ্যমে অনেক পরমাণুর উপর বিতরণ করা হয়।TFSI anion-এর O-গ্রুপ এবং বরফ স্তরের OH- সমাপ্তির মধ্যে H-বন্ধন এখন প্রথম শোষণ করা স্তরের উপরে একটি ডাইপোল প্রবর্তন করে, যা অ্যাসোসিয়েশনের মাধ্যমে আরও আণবিক ক্রমকে প্ররোচিত করে।এটা বিশ্বাস করা হয় যে এই মুহুর্তে, ছোট Li-TFSI অণুগুলি আণবিক স্তরে শোষণ করে যার ফলে TFSI অ্যানিয়ন এখন উপরের স্তরের এক বা একাধিক BMP ক্যাটেশনের অবশিষ্ট ধনাত্মক দ্বিপোলার চার্জকে ক্ষতিপূরণ দেয়, তাই এটির লি-এর সাথে এর সম্পর্ক শিথিল করে। আয়নএইভাবে, এই ইন্টারফেসে বিনামূল্যে Li+ এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, যার ফলে উচ্চ আয়ন পরিবাহিতা হয়।সুতরাং, ঘন এবং ঘন বরফের স্তরগুলি ক্ষতিপূরণের জন্য একটি উচ্চতর অবশিষ্ট চার্জ সহ একটি বৃহত্তর ডাইপোল প্রবর্তন করে, যা একটি আনুপাতিকভাবে উচ্চতর মুক্ত Li+ ঘনত্ব এবং এইভাবে আয়ন পরিবাহিতা দেয়।

শোষণ করা ILE স্তরের উপরে, হয় অন্য একটি ILE স্তর সিলিকার বরফের মাল্টিলেয়ারের মতো শোষণ করতে পারে বা বরফের স্তরটির ডাইপোল টান খুব দুর্বল এবং উপরে একটি হালকা আবদ্ধ ILE থাকে, যা পরে তরল-সদৃশ পরিবাহী সরবরাহ করতে পারে। Li+ আয়ন নিচের শোষিত স্তরে মুক্তি পায় (চিত্র 4C)।বিনামূল্যে লি + আয়ন ঘনত্বের পরিবর্তন এনএমআর এবং রমন স্পেকট্রোস্কোপি পরিমাপ উভয় দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছিল।রমন পরিমাপ পরোক্ষভাবে দেখায় যে মুক্ত Li+ আয়নের একটি বৃহত্তর ভগ্নাংশ প্রকৃতপক্ষে ন্যানো-এসসিইতে উপস্থিত রয়েছে যেখানে সিলিকার সাথে আবদ্ধ আরও বরফের জলের স্তর রয়েছে (চিত্র 5)।রমন টিএফএসআই অ্যানিয়নের এন-গ্রুপের কম্পন পরীক্ষা করে টিএফএসআইয়ের সাথে ক্যাটেশনের সংযোগ পরিমাপ করে (36)।বিশুদ্ধ BMP-TFSI আয়নিক তরলে, 741 cm−1 এ শুধুমাত্র একটি একক শিখর দেখা যায়।বিশুদ্ধ ILE-এর ক্ষেত্রে, 746 cm−1-এ একটি অতিরিক্ত শিখর দেখা যায় যেখানে দুটি TFSI আয়ন একটি একক Li+ আয়নের সাথে সমন্বয় করে [উপাদান এবং পদ্ধতিতে ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব (DFT) গণনা দেখুন]।সমস্ত ন্যানো-এসসিই-এর জন্য, 746 cm−1-এ সর্বোচ্চ তীব্রতা ILE-এর তুলনায় দুর্বল, যা সংশ্লিষ্ট Li-TFSI-এর একটি ছোট ভগ্নাংশ নির্দেশ করে এবং ফলস্বরূপ, অসংযুক্ত বা বিনামূল্যে Li+ ক্যাটেশনের একটি বড় ভগ্নাংশ।ন্যানো-SCE-এর জন্য শিখরটি মারাত্মকভাবে হ্রাস পায় যা সর্বোচ্চ পরিবাহিতা বর্ধিতকরণ দেখায়, অর্থাৎ, যাদের বরফের স্তর সবচেয়ে বেশি।গ্লাভ বাক্সে ভারসাম্যের জন্য ন্যানো-এসসিই-এর জন্য, এখনও, বিনামূল্যে Li+ এর একটি ভগ্নাংশ পরিমাপ করা হয় যদিও ভ্যাকুয়াম-অ্যানিলড নমুনার তুলনায় অনেক ছোট।746 ওভার 741 সেমি−1 রমন শিফটের জন্য সর্বোচ্চ তীব্রতার অনুপাত টিএফএসআই-সম্পর্কিত লি-আয়ন (চিত্র 5বি) থেকে বিনামূল্যের অনুপাতের একটি পরিমাপ।x মানের সাথে বিনামূল্যে Li+ আয়ন ভগ্নাংশের রৈখিক বৃদ্ধি চিত্র 3B-তে x মানের সাথে পরিবাহিতা বৃদ্ধির প্রবণতাকে সুন্দরভাবে অনুসরণ করে, উভয়ই ভ্যাকুয়াম ড্রাইড ন্যানো-SCE (দিন 0) এবং SCE-এর গ্লাভ বক্সের শুষ্কতা (দিন 138)।

(A) একটি আয়নিক তরলের রামন বর্ণালী (IL; ডটেড ব্লু লাইন) এবং ILE রেফারেন্স (ILE; ড্যাশ-ডটেড লাইন) হিসাবে প্রস্তুত ন্যানো-SCE (ভ্যাকুয়াম ড্রাইড) এর x মান 0.5 (সবুজ), 1.5 (হলুদ) , এবং 2 (বাদামী) এবং ন্যানো-SCE (x = 1.5) অতিরিক্তভাবে গ্লাভ বক্সে 30 দিনের জন্য বা 0.0005% RH (লাল) এ সম্পৃক্ততার কাছাকাছি শুকানো হয়।উল্লম্ব রেখাগুলি TFSI-এর জন্য রমন শিফট লেবেল করে যার N কেন্দ্র যথাক্রমে Li+ (746 cm−1) এর সাথে সমন্বিত এবং Li+ (741 cm−1) এর সাথে সমন্বিত নয়।(B) ন্যানো-SCE এর সমন্বিত Li+ এর অনুপাত সংশ্লেষিত হিসাবে (ভ্যাকুয়াম শুকনো, কালো বৃত্ত) এবং অতিরিক্তভাবে গ্লাভ বাক্সে 0.0005% RH সহ 30 দিনের জন্য শুকানো (নীল হীরা), এর সমন্বিত তীব্রতার অনুপাতের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। রমন চূড়া (746 cm−1 over 741 cm−1)।(C) PFG-NMR- প্রাপ্ত Li+ ন্যানো-SCE (লাল হীরা) এবং ILE রেফের স্ব-প্রসারণ সহগ।(কালো বর্গক্ষেত্র) গ্রেডিয়েন্ট চৌম্বক ক্ষেত্রের ডালের মধ্যে ব্যবধানের একটি ফাংশন হিসাবে।রামন বর্ণালীতে তাত্ত্বিক শিখরগুলি ডিএফটি গণনা ব্যবহার করে সিমুলেট করা হয়েছিল।

স্পন্দিত-ক্ষেত্র গ্রেডিয়েন্ট NMR (PFG-NMR), বিভিন্ন মোবাইল লি-আয়ন প্রজাতির স্ব-প্রসারণ সহগ নির্ধারণ করা হয়েছিল গ্রেডিয়েন্ট ম্যাগনেটিক ফিল্ড ডালগুলির মধ্যে ব্যবধানের একটি ফাংশন হিসাবে ∆ ILE তরল রেফারেন্সের জন্য এবং একটি ন্যানো- SCE (x = 1.5) একই আয়ন পরিবাহিতা 0.6 mS/cm (চিত্র 5C)।ILE রেফারেন্সে Li+ স্ব-প্রসারণ সহগ ধ্রুবক ছিল, যা নির্দেশ করে যে খুব অনুরূপ গতিশীলতা সহ শুধুমাত্র এক বা একাধিক Li প্রজাতি তরলে উপস্থিত রয়েছে।ন্যানো-SCE-এর জন্য, স্ব-প্রসারণ সহগ ∆ এর সাথে পরিবর্তিত এবং সংক্ষিপ্ত ∆ এ ILE এর থেকে বেশি, যা দ্রুত গতিশীল প্রজাতির উপস্থিতি নির্দেশ করে যেগুলি চৌম্বক ক্ষেত্রের ডালের মধ্যে অল্প ব্যবধানে সাড়া দেয়।স্ব-প্রসারণ সহগের গ্রেডিয়েন্ট পরামর্শ দেয় যে মুক্ত লি-আয়ন ঘনত্ব বৃদ্ধির পাশে, যেমন রামন স্পেকট্রোস্কোপি থেকে অনুমান করা হয়েছে, মেসোফেজ ইন্টারফেস স্তরেও ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য সক্রিয়করণ শক্তি হ্রাস পেয়েছে।এটি মেসোফেজ স্তরে (আরও) বিনামূল্যে Li+ আয়ন দ্বারা প্রবর্তিত পরিবাহিতা বৃদ্ধিকে সমর্থন করে।দীর্ঘ ∆ এ, স্ব-প্রসারণ সহগ ILE রেফারেন্সের তুলনায় কম ছিল।এটি গ্লাভ বক্স-স্যাচুরেটেড ন্যানো-SCE-এর তুলনায় ILE-এর তুলনায় অনেক কম আয়ন পরিবাহিতাকে সমর্থন করে।আণবিক চলাচলের সীমাবদ্ধতার কারণে মেসোপোরসের মূল অংশে সীমাবদ্ধ ILE এর সান্দ্রতা বেশি হবে।তাই, সিলিকা/বরফ/আইএলই ইন্টারফেসে অনেক দ্রুত বিচ্ছুরণকারী লি-আয়ন তৈরির মাধ্যমে ছিদ্রের মূল অংশে পরিবাহিতা হ্রাসকে অতিরিক্ত ক্ষতিপূরণ দিতে হবে।এটি কণা-ভিত্তিক সিস্টেমে বর্ধনের অনুপস্থিতি ব্যাখ্যা করে যেখানে ইন্টারফেসগুলি যথেষ্ট আয়ন পরিবাহী প্রচার প্রদান করে না (চিত্র S1)।

লিথিয়াম ধাতুর বিরুদ্ধে ন্যানো-এসসিই-এর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থায়িত্ব একটি তিন-ইলেকট্রোড সেটআপ ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল (সেটআপের পরিকল্পিত চিত্রে দেখানো হয়েছে। S7)।Li/SCE (x = 1.5) এবং Li/ILE অর্ধ-কোষের বর্তমান-সম্ভাব্য বৈশিষ্ট্য চিত্র 6A-এ দেখানো হয়েছে।চিত্র 2-এ ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডোর জন্য, ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি আইএলই ফিলার দ্বারা সীমাবদ্ধ।বিপরীতমুখী লিথিয়াম কলাই এবং স্ট্রিপিং পরিলক্ষিত হয়।একটি স্থিতিশীল সলিড ইলেক্ট্রোলাইট ইন্টারফেজ (SEI) স্তরটি ধাতব লিথিয়ামে প্রায় 0.9 কিলো-ওহম·cm2 এর RSEI সহ গঠিত হয়, যা ক্যাথোডিক এবং অ্যানোডিক উভয় দিকের iU বক্ররেখায় বড় IR ড্রপের জন্য দায়ী।বিশুদ্ধ ILE সমাধানে ক্যাথোডিক কারেন্ট −2.5 mA/cm2 পর্যন্ত কোনো হিস্টেরেসিস দেখায়নি।যাইহোক, অ্যানোডিক দ্রবীভূতকরণ একটি প্যাসিভেশন শিখর দেখিয়েছে যার একটি স্থির-স্থিতি অ্যানোডিক কারেন্ট মাত্র 0.06 mA/cm2।কঠিন-কঠিন Li/SCE ইন্টারফেসে ক্যাথোডিক বর্তমান শাখা −0.5 mA/cm2 এর কম ক্যাথোডিক স্রোতের জন্য কোন হিস্টেরেসিস দেখায়নি।SEI এর প্রতিরোধ অবশ্য প্রায় দ্বিগুণ ছিল।একইভাবে, অ্যানোডিক পিক কম ছিল এবং অ্যানোডিক প্যাসিভেশন পিকের পরে স্থির-স্থিতি স্রোত ছিল 0.03 mA/cm2, বিশুদ্ধ ILE সমাধানের মাত্র অর্ধেক।SCE এর ছিদ্রগুলিতে SEI এবং প্যাসিভেশন স্তরগুলির গঠন লিথিয়াম ধাতুতে বর্তমানকে সীমাবদ্ধ করে।Li/ILE এবং Li/SCE ইলেক্ট্রোডের উভয় ভোল্টামমোগ্রামই একাধিক চক্রের উপর পুনরুত্পাদনযোগ্য ছিল, যা ইঙ্গিত করে যে অ্যানোডিক প্যাসিভেশন স্তর এবং রাসায়নিক SEI স্তর বিপরীত এবং স্থিতিশীল।Li/SCE ইন্টারফেসের ধীর দ্রবীভূত গতিবিদ্যা নিচের লি মেটাল অ্যানোড দিয়ে তৈরি অর্ধ-কোষের কর্মক্ষমতাকে মারাত্মকভাবে সীমিত করে।

(A) ন্যানো-SCE (x = 1.5, ভ্যাকুয়াম শুকানোর পরে সংশ্লেষিত হিসাবে) (লাল) এবং ILE রেফারেন্স (কালো) এর সাইক্লিক ভোল্টামমোগ্রাম, কাজ, কাউন্টার এবং রেফারেন্স ইলেক্ট্রোড হিসাবে Li এর সাথে তিন-ইলেক্ট্রোড কনফিগারেশনে পরিমাপ করা হয়েছে (SEI প্রতিরোধের অনুমান ক্যাথোডিক কারেন্টে IR ড্রপ যথাক্রমে ILE এবং SCE এর জন্য 0.9 এবং 1.8 কিলো-ওহম·cm2)।(B) Li/SCE (x = 1)/100-nm পাতলা-ফিল্ম LiMn2O4 কোষের গ্যালভানিক চার্জ/ডিসচার্জ কার্ভগুলি 1C, 5C, এবং 20C-এর C-রেটে পাঁচটি চক্রের জন্য।(C) Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 এবং Li/SCE/30-μm LiFePO4 পাউডার ইলেক্ট্রোড কোষের চক্রীয় ভোল্টামমোগ্রাম (1 mV/s)।(D) 1C, 0.1C, 0.2C, এবং 0.02C এ Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 পাউডার ইলেক্ট্রোডের গ্যালভানিক চার্জ/ডিসচার্জ কার্ভ।(E) 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, এবং 0.01C এ Li/SCE/30-μm LiFePO4 পাউডার ইলেক্ট্রোডের গ্যালভানিক চার্জ/ডিসচার্জ কার্ভ।(F) ক্যাপাসিটি (ডিলিথিয়েশনের জন্য ভরা হীরা এবং লিথিয়েশনের জন্য খোলা স্কোয়ার) Li/SCE/30-μm LiFePO4 পাউডার ইলেক্ট্রোডের চক্র নম্বর বনাম;কোষে SCE এর বেধ প্রায় 280 μm।LFP এবং LTO ক্যাথোডের ঘনত্ব যথাক্রমে প্রায় 1.9 এবং 11.0 mg/cm2।(G) 0.1, 0.2, 0.5, এবং 0.1 mA/cm2 বর্তমান ঘনত্বে একটি Li/SCE/Li স্ট্যাকের সম্ভাব্য বনাম সময় বক্ররেখা।(H) Li/SCE/Li স্ট্যাকের 1ম, 10ম, 125তম এবং শেষ মেরুকরণ 0.1 mA/cm2 তে জোর দেওয়া হয়েছে, (G) এ দেখানো হয়েছে।(G) এবং (H) জন্য, SCE-এর পরিবাহিতা 0. 34 mS/cm, এবং SCE plet এর পুরুত্ব হল 0.152 cm৷

একটি 100-nm LiMn2O4 (LMO) পাতলা-ফিল্ম একটি মডেল পজিটিভ ইলেক্ট্রোড হিসাবে ন্যানো-SCE এবং ইলেক্ট্রোড উপাদান উভয়ের স্থায়িত্ব পরীক্ষা করার জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল যখন কণা যৌগিক ইলেক্ট্রোডের সম্ভাব্য ইন্টারফেস সমস্যাগুলি দূর করে (37)।পাতলা-ফিল্ম ইলেক্ট্রোড/SCE স্ট্যাকের সাইক্লিং কর্মক্ষমতা ইলেক্ট্রোড এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে ইন্টারফেসের স্থায়িত্ব প্রদর্শন করে।এই মডেলের থিন-ফিল্ম সেটআপে, ইলেক্ট্রোলাইট এবং ইলেক্ট্রোডের মধ্যে শুধুমাত্র একটি একক, সু-সংজ্ঞায়িত এবং প্ল্যানার ইন্টারফেস যোগাযোগ বিদ্যমান, অর্থাৎ, এটি ভলিউম পরিবর্তনের সমস্যা ছাড়াই ইলেক্ট্রোলাইট/ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসের ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি অধ্যয়নের জন্য একটি আদর্শ প্ল্যাটফর্ম। , ইত্যাদি। এছাড়াও এই পরীক্ষায়, লি-ফয়েল কাউন্টার ইলেক্ট্রোড দ্বারা হারের কার্যকারিতা সীমাবদ্ধ নয়, কারণ বর্তমান ঘনত্ব (1C এর জন্য 6 μA/cm2) লিথিয়াম অর্ধ-এর জন্য স্থির-স্থিতি অ্যানোডিক কারেন্ট মালভূমির নীচে। কোষ (0.03 mA/cm2)।প্রজননযোগ্য এবং স্থিতিশীল চার্জ/ডিসচার্জ কার্ভগুলি 4.3 V-এ কাটঅফ ভোল্টেজের জন্য 20টি চক্রের জন্য 1 এবং 20C-এর মধ্যে C-রেটের জন্য প্রাপ্ত হয় (চিত্র 6B)।LMO LiB এর জন্য একটি তরল ইলেক্ট্রোলাইটে অস্থির।উদাহরণস্বরূপ, 1C (37) এ LiClO4/প্রোপিলিন কার্বনেট ইলেক্ট্রোলাইটে 10 চক্রের জন্য 100-nm LMO ফিল্ম চার্জ-ডিসচার্জে 50% ক্ষমতা হ্রাস লক্ষ্য করা গেছে।আমাদের ফলাফলগুলি দেখায় যে ন্যানো-এসসিই একটি সাধারণ তরল ইলেক্ট্রোলাইটের চেয়ে LMO এর সাথে আরও সামঞ্জস্যপূর্ণ।

ন্যানো-এসসিই-এর একীকরণ প্রদর্শনের জন্য, আমরা Li4Ti5O12 (LTO) এবং LiFePO4 (LFP) পাউডার ইলেক্ট্রোড সহ অর্ধ-কোষ তৈরি করেছি।ছিদ্রযুক্ত ইলেক্ট্রোডগুলিকে গর্ভধারণ করার জন্য অগ্রদূত দ্রবণটি মুদ্রা কোষে ড্রপ-কাস্ট করা হয়েছিল এবং ন্যানো-এসসিই পেলেটগুলির মতো একইভাবে শুকিয়ে এবং ভ্যাকুয়াম-অ্যানিল করার আগে আরও জেলেশনের জন্য রেখে দেওয়া হয়েছিল।কোষগুলি সংশ্লিষ্ট ইলেক্ট্রোডগুলির বৈশিষ্ট্যগত লিথিয়েশন/ডিলিথিয়েশন দেখায় (চিত্র 6C)।LTO থেকে LFP-এর জন্য নিম্ন শিখর স্রোত আবরণ বেধের পার্থক্যের কারণে।চার্জ/ডিসচার্জ পরিমাপের সময় হারের কার্যকারিতা এখন 30- থেকে 40-μm-পুরু ইলেক্ট্রোড আবরণের উপরে গঠিত ন্যানো-SCE স্তরে চাপ দেওয়া লি-ফয়েল কাউন্টার ইলেক্ট্রোড দ্বারা সীমাবদ্ধ ছিল (চিত্র 6, ডি এবং ই)।LTO/nano-SCE/Li সেল তার সর্বোচ্চ ক্ষমতা 160 mA·hour/g পৌঁছেছে শুধুমাত্র 0.02C এর কম C-রেটে (চিত্র 6D)।0.1C-এর চেয়ে বড় C-রেটের জন্য 10%-এর কম সি-রেট সহ অ্যাক্সেসযোগ্য ক্ষমতা দ্রুত হ্রাস পায়।একইভাবে, LFP/SCE/Li সেল 0.01C (চিত্র 6E) এ প্রায় 140 mA·hour/g এর সর্বোচ্চ ক্ষমতায় পৌঁছেছে।চিত্র 6F মোট 30টি চক্রের জন্য রেট কর্মক্ষমতা দেখায়, স্থিতিশীল সেল কনফিগারেশন প্রদর্শন করে।এই পরীক্ষাগুলি লি-আয়ন ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে ন্যানো-এসসিই-এর কার্যকারিতা এবং লি-আয়ন কোষগুলিতে একীকরণের সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করে।

Li/SCE/Li সিমেট্রিক স্ট্যাক ব্যবহার করে ন্যানো-SCE-এর স্থায়িত্ব বা চক্রযোগ্যতা পরীক্ষা করা হয়েছিল।এটি 0.1 mA/cm2 এর বর্তমান ঘনত্বে 0.5 ঘন্টা (চিত্র 6G) কোনো সমস্যা বা ডেনড্রাইট গঠন (চিত্র 6H) ছাড়াই 120টিরও বেশি চক্রের জন্য সাইকেল চালানো হয়েছিল।মেরুকরণ ভোল্টেজ সময়ের সাথে ছোট হয়ে ওঠে, যা যোগাযোগের উন্নতির ইঙ্গিত দেয়।অধিকন্তু, কোষটিকে 0.5 mA/cm2 বর্তমান ঘনত্ব পর্যন্ত চাপ দেওয়া হয়েছিল, লিথিয়াম ডেনড্রাইটের কোনো গঠন বা ন্যানো-SCE বা ইন্টারফেসের অবনতির লক্ষণ ছাড়াই (চিত্র 6G)।ধাতব লিথিয়াম BMP-TFSI-ভিত্তিক ILEs (27) এর পৃষ্ঠে একটি প্রতিরক্ষামূলক ইন্টারফেজ স্তর বা SEI গঠন করতে পরিচিত।এই প্রতিক্রিয়া লিথিয়াম/ন্যানো-SCE ইন্টারফেসেও ঘটে;যেমন চিত্র 6A এর অধীনে আলোচনা করা হয়েছে, SEI ছিদ্রের ভিতরে কিছুটা বৃদ্ধি পেতে পারে, ILE এর তুলনায় ন্যানো-SCE এর জন্য উচ্চতর SEI প্রতিরোধকে ব্যাখ্যা করে (উপরে দেখুন)।একটি SEI স্তরের জন্য প্রমাণ IR স্পেকট্রা (চিত্র S9) থেকে প্রাপ্ত হয়েছিল।শাস্ত্রীয় LiB-তে একটি SEI আবরণের মতো, যা আরও প্রতিক্রিয়া এড়িয়ে তরল ইলেক্ট্রোলাইট থেকে গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোডকে স্ক্রীন করে, আমরা বিশ্বাস করি যে SEI এখানে ধাতব লিথিয়াম অ্যানোড থেকে আরও প্রতিক্রিয়া থেকে বরফের জলের স্তরকে রক্ষা করে।Li/nano-SCE (x = 1.5) এর মেরুকরণের আগে এবং পরে 10 ঘন্টার জন্য ইম্পিডেন্স স্পেকট্রা বাল্ক ইলেক্ট্রোলাইট প্রতিরোধের কোনো পরিবর্তন দেখায়নি।লিথিয়াম ধাতু দ্বারা ন্যানো-SCE-এর ধীরগতি শুকানো বাদ দেওয়ার জন্য দীর্ঘ সাইক্লিং কর্মক্ষমতা পরিমাপের প্রয়োজন হবে, কিন্তু এই ফলাফলগুলি ইতিমধ্যেই লিথিয়াম ধাতু-ভিত্তিক সলিড-স্টেট ব্যাটারিতে SCE-এর চমৎকার সাইক্লিবিলিটির সম্ভাবনা দেখায়।তবুও, কৃত্রিম ইন্টারফেস আবরণগুলিকে সম্পূর্ণরূপে ইন্টারফেস প্রতিবন্ধকতা উন্নত করার জন্য বিবেচনা করা যেতে পারে।

আমরা দেখিয়েছি যে সিলিকা ইন্টারফেসে আয়ন পরিবাহী প্রচার ওএইচ-সমাপ্ত সিলিকা পৃষ্ঠগুলিতে একটি কেমিসোরবড জল স্তর প্রবর্তনের মাধ্যমে অর্জন করা যেতে পারে।TFSI অ্যানিয়নগুলি প্রতিসম O═S═O গ্রুপের সাথে হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে এই জলের কার্যকরী স্তরে কেমিসর্ব করে।জলের পৃষ্ঠের স্তরটি স্থির এবং তাই শোষিত TFSI স্তরটিকে পৃষ্ঠের সাথে পিন করে।TFSI মনোলেয়ারের সাথে বৃহৎ BMP ক্যাটেশন যুক্ত, এইভাবে পৃষ্ঠে TFSI-BMP-এর আণবিক ক্রম প্রবর্তন করে।আমরা বিশ্বাস করি যে জলীয় পরিবেশে ধীর গতির জ্যালেশন এবং ধীর শুষ্কতা কার্যকরী জল স্তর এবং এর উপরে জৈব আয়নগুলির সংগঠিত স্তরের সমন্বিত গঠনে সহায়তা করে।প্রথম টিএফএসআই অ্যানিয়ন স্তরটি হাইড্রোক্সিলেটেড সিলিকার সাথে তার ঋণাত্মক চার্জের অংশ ভাগ করে নেওয়ায়, শীর্ষে থাকা বিএমপি ক্যাটেশন স্তরটি অন্য একটি টিএফএসআই অ্যানিয়নের সাথে সংযুক্তি চাইবে, যার ফলে একাধিক বিএমপি তাদের অপরিশোধিত চার্জ একটি টিএফএসআইয়ের সাথে ভাগ করতে পারে (সম্ভবত তিন থেকে এক হিসাবে ILE-তে IL থেকে Li-TFSI-এর অনুপাত)।যেহেতু Li-TFSI লবণের অণুগুলির নিকটতম পন্থা রয়েছে, তাই Li+ আয়নগুলি বিচ্ছিন্ন হয়ে যাবে এবং এই ইন্টারফেস স্তর বরাবর দ্রুত বিস্তারের জন্য মুক্ত হবে।বর্ধিত পরিবাহনের জন্য, এই বিনামূল্যের Li+ প্রজাতিগুলির মধ্যে দিয়ে যাওয়ার জন্য কমপক্ষে একটি অতিরিক্ত আয়নিক তরল স্তর প্রয়োজন।এই কারণে, 0.5 এর কম x মান সহ ন্যানো-এসসিই কোনো উন্নত পরিবাহিতা দেখায়নি, কারণ ILE ভলিউম/সিলিকা পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল শুধুমাত্র একটি বন্ধ মনোলেয়ারের জন্য যথেষ্ট।

এটি আরও দেখানো হয়েছিল যে কঠিন সদৃশ পৃষ্ঠের জল বা বরফের স্তর তড়িৎ রাসায়নিকভাবে সক্রিয় নয়।এই মুহুর্তে, আমরা বাদ দিতে পারি না যে ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের সাথে সরাসরি যোগাযোগে থাকা বরফের জল প্রতিক্রিয়া করছে না।যাইহোক, আমরা দেখিয়েছি যে পৃষ্ঠের জলের বহিঃপ্রসারণ ধীর এবং এইভাবে সনাক্তকরণের জন্য গতিগতভাবে নগণ্য।আমরা বুঝতে পারি যে জল দূষণ, এমনকি যদি এটি ছোট হয়, সর্বদা একটি উদ্বেগের বিষয় হবে, এবং শুধুমাত্র দীর্ঘ জীবনচক্র পরীক্ষাগুলি জল যথেষ্টভাবে আবদ্ধ কিনা তার একটি নির্দিষ্ট উত্তর দিতে পারে।যাইহোক, অন্যান্য কার্যকরী পৃষ্ঠ স্তর যা অনুরূপ বা এমনকি বৃহত্তর পৃষ্ঠের প্রচার দেয় তা এখন বিকাশ করা যেতে পারে।এই বিষয়ে, লি গ্রুপ ইতিমধ্যে একটি কার্যকরী গ্রুপ (18) হিসাবে একটি গ্লিসিডিলোক্সাইপ্রোপাইল স্তরের সম্ভাবনা দেখিয়েছে।বরফ জল সিলিকার স্থানীয় এবং তাই আয়ন পরিবাহী প্রচারের উপর পৃষ্ঠের কার্যকরীকরণের প্রভাব পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়নের জন্য আদর্শভাবে উপযুক্ত, যেমনটি এখানে সফলভাবে প্রদর্শিত হয়েছে।উপরন্তু, মেসোফেজ স্তর এবং এর ডাইপোল অক্সাইড এবং শোষিত জৈব অণুর উপর নির্ভর করবে এবং এইভাবে উভয়ের দ্বারা সুর করা যেতে পারে।পরীক্ষাগারে, আমরা ইতিমধ্যে বিভিন্ন আয়নিক তরলগুলির জন্য আয়ন পরিবাহী প্রচারে বড় পার্থক্য দেখিয়েছি।তদ্ব্যতীত, দেখানো নীতিটি আয়ন পরিবাহনের দিকে জেনেরিক এবং এইভাবে বিভিন্ন আয়ন সিস্টেমের জন্য উপযুক্ত, উদাহরণস্বরূপ, সোডিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম, ক্যালসিয়াম বা অ্যালুমিনিয়াম আয়ন ব্যাটারির জন্য প্রয়োগ করা যেতে পারে।উপসংহারে, এখানে দেখানো ইন্টারফেস পরিবাহী সহ ন্যানোকম্পোজিট ইলেক্ট্রোলাইট একটি একক উপাদানের পরিবর্তে একটি ধারণা, যা আয়ন পরিবাহী, পরিবহন সংখ্যা, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল উইন্ডো, নিরাপত্তা, এবং ভবিষ্যতের ব্যাটারি সেল প্রজন্মের জন্য খরচের পছন্দসই বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য আরও (ন্যানো) ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে। .

ন্যানো-এসসিই একটি সোল-জেল পদ্ধতি ব্যবহার করে প্রস্তুত করা হয়েছিল।লিথিয়াম বিআইএস (ট্রাইফ্লুরোমিথাইলসালফোনাইল) ইমাইড লি-টিএফএসআই;সিগমা-অলড্রিচ;99.95%), 0.5 মিলি ডিওনাইজড H2O, 0.5 মিলি টিইওএস (সিগমা-অলড্রিচ; 99.0%), 1-বুটিল-1-মিথাইলপাইরোলিডিনিয়াম বিআইএস (ট্রাইফ্লুরোমেথাইলসালফোনাইল) ইমাইড (বিএমপি-টিএফএসআই; সিগমা-অলড্রিচ; 9% এবং 85%), PGME এর মিলি একটি কাচের শিশিতে মিশ্রিত করা হয়েছিল।মিশ্রণে [BMP][TFSI] এবং TEOS-এর মধ্যে মোলার অনুপাত, x 0.25 এবং 2-এর মধ্যে পরিবর্তিত ছিল। Li[TFSI] এবং [BMP][TFSI]-এর মোলার অনুপাত 0.33:1 এ স্থির করা হয়েছিল।এই অনুপাতগুলি থেকে Li[TFSI] এবং [BMP][TFSI] এর পরিমাণ নির্ধারণ করা হয়েছিল।উদাহরণস্বরূপ, যখন x = 1, দ্রবণে যোগ করা [BMP][TFSI] এবং Li[TFSI] ছিল যথাক্রমে 0.97 এবং 0.22 g।মনোফ্যাসিক দ্রবণ তৈরি করতে মিশ্রণগুলি 1 মিনিটের জন্য ঝাঁকুনি দেওয়া হয়েছিল।এই দ্রবণগুলিকে তাপমাত্রা ও আর্দ্রতা-নিয়ন্ত্রিত চেম্বারে (SH-641, ESPEC Corp.) যথাক্রমে 25°C এবং 50% তাপমাত্রা এবং RH% সেট করে জেল তৈরি করার জন্য নাড়া না দিয়ে বন্ধ শিশিতে সংরক্ষণ করা হয়েছিল।x-এর উপর নির্ভর করে, মিশ্রণগুলি একটি পরিষ্কার জেল তৈরি করতে গড়ে 5 থেকে 9 দিন সময় নেয়।জেলেশনের পরে, 2.4- থেকে 7.4-মিলি জেল সহ শিশিগুলিকে প্রথমে 40 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় সম্পূর্ণ চার দিন সামান্য কম চাপে (80 কেপিএ) শুকানো হয় এবং তারপর 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 72 ঘন্টার জন্য ভ্যাকুয়াম ওভেনে স্থানান্তরিত করা হয়।অবশিষ্ট আর্দ্রতা অপসারণ করা হলে, ভ্যাকুয়াম ধীরে ধীরে প্রায় 50 Pa-এর কাছাকাছি প্রাথমিক চাপ থেকে প্রায় 1 দিন পরে 5 Pa-এর চূড়ান্ত ধ্রুবক চাপে নেমে আসে।প্রচুর পরিমাণে জল এবং পিজিএমই অপসারণ করার কারণে, ফলস্বরূপ SCE পেলেটগুলি মূল জেল ভলিউমের 20% (x = 0.5) থেকে ~50% (x = 2) এ সঙ্কুচিত হয়েছিল।ফলস্বরূপ জেলগুলির ওজন একটি সেমিমাইক্রো ব্যালেন্স (SM 1245Di-C, VWR) দিয়ে পরিমাপ করা হয়েছিল।

TGA নাইট্রোজেনের অধীনে একটি Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) এ সম্পাদিত হয়েছিল।পরিমাপের সময়, নমুনাগুলি 2 ° C/মিনিট গরম করার হারে 700 ° C-তে উত্তপ্ত করা হয়েছিল।এফটিআইআর স্পেকট্রোমেট্রি একটি ট্রান্সমিশন মোডে 4000 থেকে 400 সেমি−1 পর্যন্ত তরঙ্গ সংখ্যায় ব্রুকার ভার্টেক্স 70 ব্যবহার করে করা হয়েছিল।তিনি মাইক্রোমেরিটিক্স অ্যাকুপিইসি II 1340 ব্যবহার করে পাইকনোমেট্রি করা হয়েছিল।

আয়নিক পরিবাহিতা পরিমাপ করতে, একটি আর-ভরা গ্লাভ বাক্সের (0.1-ppm H2O এবং 0.1-ppm O2) ভিতরে মাদার শিশি থেকে SCE-এর একটি ছোট ভলিউম নেওয়া হয়েছিল।প্রায় 23 μl SCE একটি 4.34-মিমি অভ্যন্তরীণ ব্যাস এবং 1.57-মিমি উচ্চতা সহ একটি পলিটেট্রাফ্লুরোইথিলিন (PTFE) রিংয়ে ভরা হয়েছিল, একটি পেলেট তৈরি করে।রিং এর পেলেটটি তখন দুটি স্টেইনলেস স্টিল (SS) ডিস্কের (0.2 মিমি পুরু; MTI) মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়েছিল।প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ করা হয়েছিল PGSTAT302 (Metrohm) ব্যবহার করে, 1 MHz থেকে 1 Hz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে 5 mV এর AC প্রশস্ততা সহ।আয়ন পরিবাহিতা (σi) Nyquist প্লটে বাস্তব অক্ষের সাথে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ইন্টারসেপ্ট থেকে নির্ধারিত হয়েছিল।পরিবাহিতা পরিমাপের পরে, ন্যানো-এসসিই পেলেটটিকে গ্লাভ বাক্সে আরও শুকানোর অনুমতি দেওয়া হয়েছিল।তাপমাত্রা নির্ভরতা পরিমাপের জন্য, SS/SCE/SS স্ট্যাকগুলি একটি মুদ্রা কক্ষে সিল করা হয়েছিল।সিল করার পরে, পরিবাহিতা বেশ কয়েক দিন ধরে স্থির থাকে (চিত্র দেখুন। S3)।মুদ্রা কোষের তাপমাত্রা কাজ করার মাধ্যম হিসাবে H2O/ইথিলিন গ্লাইকোল ব্যবহার করে তাপ স্নানের সাথে একটি তাপ জ্যাকেট দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।কোষগুলিকে প্রথমে প্রায় −15°C তাপমাত্রায় ঠাণ্ডা করা হয় এবং তারপর ধাপে ধাপে 60°C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়।

প্রতিটি ন্যানো-SCE পেলেট থেকে, নিয়ন্ত্রিত আর্দ্রতা সহ N2-ভরা গ্লাভ বাক্সের ভিতরে সরাসরি বৈদ্যুতিক পরিমাপের জন্য একটি রিং (4.34-মিমি ভিতরের ব্যাস এবং 1.57-মিমি উচ্চতা) প্রায় 23 μl আনা হয়েছিল।SCE এর সাথে রিংটি তখন দুটি SS ডিস্কের (0.2 মিমি পুরু; MTI) মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়েছিল।প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ PGSTAT302 (Metrohm) ব্যবহার করে 5 mV এর AC প্রশস্ততা এবং 1 MHz থেকে 1 Hz পর্যন্ত নোভা সফ্টওয়্যারের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত ফ্রিকোয়েন্সি সহ করা হয়েছিল।স্থিতিশীল হওয়া পর্যন্ত পরিবাহিতা পর্যবেক্ষণ করার আগে নমুনাগুলি প্রতিটি RH% মান 48 ঘন্টার জন্য রাখা হয়েছিল।একটি প্রদত্ত RH% মান (σi) এর জন্য স্থিতিশীল আয়নিক পরিবাহিতা Nyquist প্লটে বাস্তব অক্ষের সাথে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ইন্টারসেপ্ট থেকে নির্ধারিত হয়েছিল।

Li[BMP][TFSI] ILE এর সাথে এবং ছাড়া পেলেটের আকারবিদ্যা 1.5 থেকে 2.0 kV তে একটি থার্মো ফিশার সায়েন্টিফিক এপ্রিও টুল ব্যবহার করে SEM দিয়ে পরীক্ষা করা হয়েছিল যেখানে সমান্তরালভাবে T1 এবং T2 ডিটেক্টর ব্যবহার করে ডুয়াল-ডিটেক্টর ইমেজিং মোডে কাজ করা হয়েছে। লাইভ-ইমেজ সমন্বয়, এবং T2 ডিটেক্টর দেখানো SEM চিত্রগুলি রেকর্ড করার জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল;নমুনা কার্বন পরিবাহী টেপ উপর সংশোধন করা হয়েছে.TEM 300 kV তে অপারেটিং একটি Tecnai ব্যবহার করে করা হয়েছিল।

ILE দুটি ভিন্ন উপায়ে SCE পেলেট থেকে সরানো হয়েছিল।ছিদ্রযুক্ত সিলিকা পাওয়ার একটি বিকল্প হল Li[BMP][TFSI] ILE বের করার জন্য SCE কে 12 ঘন্টা অ্যাসিটোনে ডুবিয়ে রেখে।এই ধোয়া তিনবার পুনরাবৃত্তি হয়েছে।অন্য বিকল্পটি ছিল ইথানলে SCE ভিজিয়ে রাখা।এই ক্ষেত্রে, একটি তরল CO2 ক্রিটিক্যাল পয়েন্ট ড্রায়ার ব্যবহার করে ইথানল সরানো হয়েছিল।

সুপারক্রিটিক্যাল শুকানোর জন্য দুটি ভিন্ন টুল ব্যবহার করা হয়েছিল, যথা, Automegasamdri-916B, Tousimis (পদ্ধতি 1) এবং JASCO কর্পোরেশনের একটি কাস্টম-নির্মিত টুল (পদ্ধতি 2)।প্রথম সরঞ্জামটি ব্যবহার করার সময়, শুকানোর ক্রমটি তাপমাত্রা 8 ডিগ্রি সেলসিয়াসে কমে যাওয়ার সাথে শুরু হয়েছিল।পরবর্তীকালে, CO2 চেম্বারের মাধ্যমে শুদ্ধ করা হয়েছিল, চাপ 5.5 MPa-এ বৃদ্ধি পেয়েছে।পরবর্তী ধাপে, CO2 কে 41°C-তে উত্তপ্ত করা হয়েছিল, চাপ 10 MPa-এ বৃদ্ধি করা হয়েছিল এবং 5 মিনিটের জন্য রাখা হয়েছিল।উপসংহারে, রক্তপাতের ধাপে, চাপটি 10 মিনিটের সময়ের মধ্যে কমানো হয়েছিল।কাস্টম বিল্ট টুল ব্যবহার করার সময়, অনুরূপ ক্রম অনুসরণ করা হয়েছিল।যাইহোক, সময় এবং চাপ উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক.শুদ্ধকরণ পদক্ষেপের পরে, 70 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় চাপটি 12 এমপিএতে বাড়ানো হয়েছিল এবং 5 থেকে 6 ঘন্টার জন্য এইভাবে থাকে।পরবর্তীকালে, চাপ যথাক্রমে 10, 60, এবং 10 মিনিটের ব্যবধানে 12 থেকে 7 MPa, 7 থেকে 3 MPa এবং 3 থেকে 0 MPa পর্যন্ত হ্রাস পায়।

একটি মাইক্রোমেরিটিক্স 3ফ্লেক্স সারফেস ক্যারেক্টারাইজেশন বিশ্লেষক ব্যবহার করে নাইট্রোজেন ফিজিসরপশন আইসোথার্মগুলি T = 77 K এ পরিমাপ করা হয়েছিল।প্রাপ্ত ছিদ্রযুক্ত সিলিকাটি 0.1-mbar ভ্যাকুয়ামের অধীনে 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় 8 ঘন্টার জন্য বাইরে গ্যাস করা হয়েছিল।সুপারক্রিটিক্যাল শুষ্কতা থেকে প্রাপ্ত ছিদ্রযুক্ত সিলিকা 120°C তাপমাত্রায় 0.1-mbar ভ্যাকুয়ামের অধীনে 18 ঘন্টার জন্য গ্যাসের বাইরে ছিল।পরবর্তীতে, মাইক্রোমেরিটিক্স ট্রাইস্টার 3000 স্বয়ংক্রিয় গ্যাস শোষণ বিশ্লেষক ব্যবহার করে নাইট্রোজেন ফিজিসরপশন আইসোথার্মগুলি T = 77 K এ পরিমাপ করা হয়েছিল।

PFG-NMR পরিমাপ একটি JEOL JNM-ECX400 ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল।উদ্দীপিত ইকো পালস ক্রমটি ছড়িয়ে পড়া পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল।স্বাভাবিক ইকো সিগন্যাল অ্যাটেন্যুয়েশন, E, সমীকরণে বর্ণনা করা হয়েছে (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) যেখানে g হল গ্রেডিয়েন্ট পালসের শক্তি, δ হল গ্রেডিয়েন্টের সময়কাল পালস, ∆ হল গ্রেডিয়েন্ট ডালের অগ্রবর্তী প্রান্তগুলির মধ্যে ব্যবধান, γ হল ম্যাগনেটোগাইরিক অনুপাত, এবং D হল অণুর স্ব-প্রসারণ সহগ।স্ব-প্রসারণ সহগগুলি ইকো সংকেতগুলিকে ফিট করে অনুমান করা হয়েছিল যা Eq এর সাথে ∆ পরিবর্তন করে প্রাপ্ত হয়েছিল।1. লিথিয়াম আয়নের প্রসারণ সহগ নির্ধারণের জন্য 7Li নির্বাচন করা হয়েছিল।সমস্ত পরিমাপ 30 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সম্পন্ন হয়েছিল।

রমন স্পেকট্রোস্কোপি সেটআপটি ছিল একটি ঘরোয়া পদ্ধতি যা একটি আর্গন আয়ন ব্যবহার করে যা একটি 458-এনএম লেজারের উত্তেজনা আলোতে সুরক্ষিত হতে পারে যা একটি উল্টানো অলিম্পাস IX71 মাইক্রোস্কোপে সংযুক্ত ছিল এবং পিছনে বিক্ষিপ্ত আলো একটি ট্রিভিস্তা ট্রিপল স্পেকট্রোমিটার সেটআপের মাধ্যমে পাস করা হয়েছিল (প্রিন্সটন ইনস্ট্রুমেন্টস) ), যা একটি তরল নাইট্রোজেন-কুলড চার্জ-কাপল্ড ডিভাইস ক্যামেরা ব্যবহার করে সনাক্ত করা অপটিক্যাল সংকেতগুলিকে ছড়িয়ে দিতে ব্যবহৃত হয়েছিল।এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যে উচ্চ অপটিক্যাল শোষণের কারণে, লেজারের উত্তাপ এড়াতে তুলনামূলকভাবে কম লেজার শক্তি ব্যবহার করা হয়েছিল (<100 W·cm−2)।

ডিএফটি গ্রাউন্ড-স্টেট জ্যামিতি অপ্টিমাইজেশান এবং বিশ্লেষণাত্মক ফ্রিকোয়েন্সি গণনা জনপ্রিয় B3LYP হাইব্রিড ফাংশনাল এবং 6-311++G** বেসিস সেট ব্যবহার করেছে, বেকে-জনসন ড্যাম্পিং স্কিম (D3BJ) সহ গ্রিমের পরমাণু-জোড়া বিচ্ছুরণ সংশোধন (39) সহ। ORCA 3.0.3 (40) এ প্রয়োগ করা হয়েছে।রমন বর্ণালী ORCA ব্যবহার করে সিমুলেট করা হয়েছিল, এবং ORCA-সমর্থিত আপডেটের সাথে Avogadro সফ্টওয়্যার প্যাকেজ (41) ব্যবহার করে আণবিক বৈশিষ্ট্যগুলির ভিজ্যুয়ালাইজেশন অর্জন করা হয়েছিল।

সমস্ত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পরিমাপ এবং সম্পর্কিত নমুনা প্রস্তুতি একটি আর্গন-ভরা গ্লাভ বাক্সে (পিউরল্যাব, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 এবং H2O স্তর) ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বৈশিষ্ট্যের জন্য নিবেদিত হয়েছিল।কাউন্টার ইলেক্ট্রোড হিসাবে SCE পেলেটটি একটি লি রিবনে (সিগমা-অলড্রিচ; 99.9%) সমর্থিত একটি তামার প্লেটে স্থাপন করা হয়েছিল এবং রেফারেন্স এবং কাজ করার জন্য SCE পেলেটের উপরে দুটি পাঞ্চ আউট লি ডিস্ক (5-মিমি ব্যাস) স্থাপন করা হয়েছিল। ইলেক্ট্রোডসেটআপ চিত্রে দেখানো হয়েছে।S7.লিথিয়াম রেফারেন্স এবং কাজ ইলেক্ট্রোডের সাথে যোগাযোগ করার জন্য সোনার পিন ব্যবহার করা হয়েছিল।নোভা সফ্টওয়্যারের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত PGSTAT302 (Metrohm) ব্যবহার করে চক্রীয় ভোল্টমেট্রি এবং প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ করা হয়েছিল।সাইক্লিক ভোল্টমেট্রি 20 mV/s স্ক্যান রেট দিয়ে করা হয়েছিল।প্রতিবন্ধকতা পরিমাপ 5 mV এর AC প্রশস্ততা এবং 1 MHz থেকে 0.1 Hz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি দিয়ে করা হয়েছিল।

একটি 40-nm অ্যানাটেস TiO2 পাতলা-ফিল্ম ইলেক্ট্রোড একটি 300-মিমি সিলিকন ওয়েফারে অ্যাটমিক লেয়ার ডিপোজিশন (ALD) দ্বারা জমা করা হয়েছিল একটি 40-nm টিআইএন আন্ডারলেয়ারও ALD দ্বারা জমা করা হয়েছিল।এটি ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে লি-আয়ন পরিবাহিতা প্রদর্শনের জন্য একটি চমৎকার পরীক্ষা ইলেক্ট্রোড, কারণ সাইক্লিংয়ের সময় TiO2 রাসায়নিক অবক্ষয় বা যান্ত্রিক চাপ (কোন উল্লেখযোগ্য ভলিউম পরিবর্তন) ভোগ করে না।Li/SCE/TiO2 কোষ পরিমাপ করতে, ILE-SCE গুলি 4.3 মিমি ব্যাস এবং 0.15 সেমি পুরুত্ব সহ একটি PTFE রিংয়ে ভরা হয়েছিল;তারপর, রিংটি একটি Li ফয়েল এবং TiO2 ফিল্মের মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়েছিল।

ন্যানো-এসসিই/পাতলা-ফিল্ম ইলেক্ট্রোড অর্ধেক স্ট্যাক, এলএমও ইলেক্ট্রোড সহ, ইলেক্ট্রোডগুলিতে ন্যানো-এসসিই ফিল্ম সংশ্লেষ করে তৈরি করা হয়েছিল।মোট 150 μl x = 1.5 দ্রবণ, 2 দিন বয়সী, ইলেক্ট্রোলাইট ফিল্মগুলিতে মাউন্ট করা একটি কাচের রিং (ব্যাস, 1.3 মিমি) এ ড্রপ-কাস্ট করা হয়েছিল।তারপরে রিংটি প্যারাফিল্ম দিয়ে সিল করা হয়েছিল এবং দ্রবণটি 4 দিনের জন্য জেলের জন্য এমন একটি সিল করা পাত্রে রাখা হয়েছিল।গঠিত জেল/ইলেকট্রোড স্ট্যাকটিকে শুকিয়ে ন্যানো-SCE/ইলেকট্রোড স্ট্যাক তৈরি করা হয়েছিল।একটি মাইক্রোমিটার ব্যবহার করে নির্ধারিত ন্যানো-SCE এর বেধ ছিল 300 μm।সর্বশেষ, একটি লিথিয়াম ফয়েল (1.75 মিমি পুরু, 99.9%; সিগমা-অলড্রিচ) ন্যানো-এসসিই/ইলেকট্রোড স্ট্যাকের উপর অ্যানোড হিসাবে চাপ দেওয়া হয়েছিল।100-nm LiMn2O4 (LMO) পাতলা-ফিল্ম ইলেক্ট্রোড 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) আন্ডারলেয়ার দিয়ে প্রলিপ্ত একটি সিলিকন ওয়েফারে Ar ফ্লোতে রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি স্পুটারিং দ্বারা জমা হয়েছিল।এই স্ট্যাকটি অক্সিজেন বায়ুমণ্ডলে 800 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 20 মিনিটের জন্য অ্যানিল করা হয়েছিল।

LiFePO4 (LFP) ইলেক্ট্রোড ফিল্মগুলি ব্লেড আবরণ দ্বারা প্রস্তুত করা হয়েছিল।প্রথমে, কার্বন ব্ল্যাক এবং LFP (2 থেকে 3 μm) একটি জলীয় দ্রবণে কার্বক্সিমিথাইলসেলুলোজ (CMC) যুক্ত একটি মিশ্রণ তৈরি করা হয়েছিল যা পরবর্তীতে একটি গ্রহের মিশ্রণকারী ব্যবহার করে একজাত করা হয়েছিল।তারপর, সমজাতীয় পণ্যটিকে ডিওনাইজড জল এবং একটি ফ্লোরিনেটেড অ্যাক্রিলিক ল্যাটেক্স (JSR, TRD202A) একটি ভ্যাকুয়াম মিক্সারে মিশিয়ে ইলেক্ট্রোড আবরণের জন্য একটি স্লারি তৈরি করা হয়েছিল।প্রস্তুত স্লারি একটি ব্লেড কোটার ব্যবহার করে ইলেক্ট্রোড ফিল্ম জমা করার জন্য অ্যালুমিনিয়াম ফয়েলগুলিতে নিক্ষেপ করা হয়েছিল।এই প্রলিপ্ত ভেজা ইলেক্ট্রোডগুলি অবিলম্বে একটি বায়ুমণ্ডলীয় চুলায় 70 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 10 মিনিটের জন্য স্থবির বায়ু সহ পূর্বে শুকানো হয়েছিল এবং ভ্যাকুয়াম ওভেনে 4 ঘন্টার জন্য 140 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে আরও শুকানো হয়েছিল।শুকনো ইলেক্ট্রোড ফিল্ম 91 wt % LiFePO4, 3 wt % কার্বন কালো, 2 wt % CMC, এবং 4 wt % TRD202A নিয়ে গঠিত।ফিল্মের বেধ 30 μm (একটি মাইক্রোমিটার এবং স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে নির্ধারিত)।

Li4Ti5O12 (LTO) ইলেক্ট্রোড ফিল্মগুলি একইভাবে তামার ফয়েলগুলিতে তৈরি করা হয়েছিল।শুকনো ইলেক্ট্রোডের সংমিশ্রণ হল 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % কার্বন কালো, 5 wt % CMC, এবং 5 wt % ফ্লোরিনযুক্ত এক্রাইলিক ল্যাটেক্স (TRD2001A)।ফিল্মের বেধ 40 μm।

SCE এর সমাধান কণা-ভিত্তিক LFP এবং LTO ইলেক্ট্রোড ফিল্মে ড্রপ-কাস্ট করা হয়েছিল।প্রথমে, 100 μl x = 1.5 দ্রবণ, 2 দিন বয়সী, একটি ইলেক্ট্রোড ফিল্মে ড্রপ-কাস্ট করা হয়েছিল, যার ব্যাস 15 মিমি, একটি মুদ্রা কক্ষে স্থাপন করা হয়েছিল (#2032, MTI)।অন্তঃসত্ত্বা SCE জেলে ফেলার পরে, ন্যানো-SCE এবং ইলেক্ট্রোড স্ট্যাক তৈরি করার জন্য ফিল্মটিকে ভ্যাকুয়াম ওভেনে (<5 × 10−2 mbar) 72 ঘন্টার জন্য 25°C তাপমাত্রায় শুকানো হয়েছিল।ন্যানো-এসসিই বেধ ছিল 380 μm।সবশেষে, একটি লিথিয়াম ফয়েলকে এসসিই/ইলেকট্রোড স্ট্যাকের উপর অ্যানোড হিসাবে চাপানো হয়েছিল, এবং কয়েন সেলটি সিল করা হয়েছিল।বৈদ্যুতিক রাসায়নিক পরিমাপ ঘরের তাপমাত্রায় সোলারট্রন 1470E পোটেনটিওস্ট্যাট ব্যবহার করে করা হয়েছিল।

এই নিবন্ধের জন্য সম্পূরক উপাদান পাওয়া যাচ্ছে http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1-এ

টেবিল S1.ন্যানো-এসসিই-তে সিলিকা ম্যাট্রিক্সের কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলি আয়নিক তরলের মোলার ভগ্নাংশ থেকে সিলিকা (x মান) বৃদ্ধির জন্য N2 শোষণ/ডিসোর্পশন বা BET পরিমাপ এবং TEM পর্যবেক্ষণ থেকে নির্ধারিত।

এটি ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন-অবাণিজ্যিক লাইসেন্সের শর্তাবলীর অধীনে বিতরণ করা একটি ওপেন-অ্যাক্সেস নিবন্ধ, যা যেকোনো মাধ্যমের ব্যবহার, বিতরণ এবং পুনরুত্পাদনের অনুমতি দেয়, যতক্ষণ না ফলস্বরূপ ব্যবহার বাণিজ্যিক সুবিধার জন্য না হয় এবং যদি মূল কাজটি সঠিকভাবে হয় উদ্ধৃত

দ্রষ্টব্য: আমরা শুধুমাত্র আপনার ইমেল ঠিকানার জন্য অনুরোধ করছি যাতে আপনি যে ব্যক্তিকে পৃষ্ঠাটির সুপারিশ করছেন তা জানতে পারে যে আপনি তাদের এটি দেখতে চান এবং এটি জাঙ্ক মেল নয়।আমরা কোন ইমেইল ঠিকানা রেখে দেই না.

এই প্রশ্নটি আপনি একজন মানব দর্শক কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য এবং স্বয়ংক্রিয় স্প্যাম জমা প্রতিরোধ করার জন্য।

জুবিন চেন, ব্রেখ্ট পুট, আকিহিকো সাগারা, নুট গ্যান্ড্রুড, মিতসুহিরো মুরাতা, জুলিয়ান এ. স্টিল, হিরোকি ইয়াবে, থমাস হান্টশেল, মার্টেন রোফেয়ার্স, মরিও তোমিয়ামা, হিদেকাজু আরসে, ইউকিহিরো কানেকো, মিকিনারি শিমাদা, ফিলিপে মেয়িপে মিকিনারি।

পোস্টের সময়: জুলাই-15-2020