Elektwolit nanokonpoze solid jèl silica ak pwomosyon konduktiviti entèfas ki depase konduktiviti Li-ion esansyèl nan filler elektwolit likid iyonik la.

Tranzisyon nan batri Li-ion solid-eta pral pèmèt pwogrè nan dansite enèji nan 1000 W·èdtan/lit ak pi lwen.Konpoze nan yon matris oksid mesoporous plen ak nonvolatile iyonik likid elektwolit ranpli yo te eksplore kòm yon opsyon elektwolit solid.Sepandan, konfizyon an senp nan solisyon elektwolit andedan nanomèt ki menm gwosè ak porositë mennen nan pi ba konduktiviti ion kòm viskozite ogmante.Isit la, nou demontre ke konduktiviti Li-ion nan nanocomposites ki fòme ak yon monolit silica mesoporous ak yon filler elektwolit likid iyonik ka plizyè fwa pi wo pase sa yo ki nan elektwolit likid iyonik pi bon kalite nan entwodiksyon de yon kouch glas entèfas.Bonjan adsorption ak lòd nan molekil likid iyonik yo rann yo imobil ak solid tankou pou kouch glas entèfas tèt li.Dipol la sou kouch adsorbate mesophase rezilta nan solvasyon nan iyon Li + pou kondiksyon amelyore.Prensip la demontre nan amelyorasyon kondiksyon ion ka aplike nan diferan sistèm ion.

Elektwolit eta solid yo espere bay pwochen ogmantasyon pou batri Li-ion yo depase plafon pratik 800 W·èdtan/lit oswa 300 W·èdtan/kg ki enpoze sou katod ak anod ki disponib kounye a.Ogmantasyon espere nan dansite enèji pou batri solid-eta soti nan plizyè kontribisyon, tout vize ogmante pousantaj volim nan materyèl aktif nan selil la.Ki pi pibliye a se entwodiksyon metal ityòm pou ranplase grafit ak grafit/silikon kòm yon anod.Pi bon kalite metal ityòm gen pi gwo dansite enèji posib e konsa ta mande pou pi piti espas.Sepandan, anpil pwoblèm toujou bezwen rezoud, tankou reyaksyon irevokabl (e konsa konsomasyon) nan metal ityòm, fòmasyon dendrite, ogmantasyon nan dansite aktyèl efikas pou feuilles ityòm planar konpare ak elektwòd yo grafit pore (Silisyòm), epi, dènye men pa pi piti, "disparisyon" ityòm pandan egzeyat (deplating) e konsa pèt kontak ak elektwolit solid la.Nati a mekanikman rijid nan elektwolit solid seramik tout bon gen zewo konfòmite, ak presyon ekstrèm yo bezwen aplike nan peze ityòm nan byen fèm kont eleman nan elektwolit solid.Pwen yo presyon disrè pi ba zòn nan sifas efikas menm plis, ki mennen nan fòmasyon lokal dendrite ak depo eponj.Elektwolit polymère yo plis konfòme mekanikman men yo poko montre konduktiviti iyonik ase wo nan tanperati chanm.Nouvo materyèl trè enteresan nan sans sa a se elektwolit jèl silica, ki te refere tou kòm "ionogels," kote yon elektwolit likid iyonik (ILE) se fèmen nan yon matris silica nanoporous (1).Porosite ekstrèmman wo nan matris la silica (70 a 90%) bay materyèl elektwolit nanocomposite sa yo yon konsistans jèl ki tankou e konsa fè yo mekanikman konfòme menm jan ak elektwolit polymère.Jèl silica sa yo pafwa endike kòm elektwolit solid ibrid, paske yo gen yon likid.Sepandan, pou nanocomposites silica yo, tankou sa ki dekri nan papye sa a, elektwolit iyonik "likid" la vin solid-tankou lè yo fèmen nan plizyè dizèn nan chanèl ki menm gwosè ak nanomètr, tou de pa ogmantasyon nan viskozite ak pa adsorption sou miray la silica limite a. chanèl.Si matris la silica ta aji senpleman kòm yon separasyon ki mouye, Lè sa a, ogmantasyon nan viskozite pou elektwolit likid la fèmen ta mennen nan yon diminisyon nan konduktiviti iyonik.Olye de sa, entèraksyon ki genyen ant molekil ILE yo ak miray pò yo silica fè pwopriyete yo nan nanocomposite diferan de sòm total eleman endividyèl li yo.Adsorption nan likid iyonik sou oksid ak fòmasyon nan kouch mesophase solid jiska kèk nanomèt nan epesè yo te montre sou sifas plan ak mikwoskòp fòs atomik (2).Adsorption selektif nan anyon likid iyonik ak kasyon sou sifas oksid ka mennen nan amelyore konduktiviti Li + ansanm interfaces sa yo.Natirèlman, amelyorasyon nan koòdone oksid yo gen pou konpanse oswa menm depase konduktiviti diminye nan ILE a ki fèmen nan nwayo a nan porositë yo.Pakonsekan, pi piti gwosè pò ak gwo rapò sifas-a-volim yo vle.Jiskaprezan, ionogels ak konduktiviti ion ki apwoche sa ki nan ILE nan tèt li yo te demontre pa optimize nan estrikti nan mesoporous (3).Sa vle di ke amelyorasyon koòdone te deja prezan men se pa nan limit ki depase konduktiviti esansyèl.

Preparasyon ionogels kòmanse nan yon melanj likid omojèn, kote yo ajoute yon ILE nan yon solisyon sol-gel précurseur pou sentèz matris oksid la (4, 5).Nan metòd sa a, ILE a ak matris fòme yon konpoze nan yon fason "in situ": Précurseurs yo nan solisyon an reyaji pou fòme yon matris oksid alantou modèl likid iyonik la, ankapsule li nan pwosesis la.Anba sèten kondisyon sentèz, prepare ILE-SCE (elektwolit solid konpoze) ka nan fòm lan nan yon monolit ak ILE a entegre nan yon rezo oksid kontinyèl mesoporous inòganik.Jiskaprezan, sitou silica ki baze sou ILE-SCE yo te prepare fason sa a, byenke egzanp yo te fè tou ak alumina (6), titania (7), e menm oksid fèblan (8).Pifò fòmilasyon sol-jèl rapòte gen yon ILE, yon alkyl-silicate tankou tetraethyl orthosilicate (TEOS) kòm précurseur silica, ak asid fòmik kòm reyaktif ak sòlvan (9, 10).Dapre mekanis yo pwopoze a (11) pou pwosesis sol-gel sa a, silica se sitou pwodwi pa reyaksyon ki genyen ant TEOS ak asid fòmik, byenke dlo pwodwi pandan pwosesis sol-jèl la.Anplis melanj sa yo "nonaqueous" ki baze sou asid fòmik, fòmilasyon akeuz sol-jèl ak HCl kòm yon katalis ak H2O kòm yon reyaktif (plis sòlvan òganik) yo te dekri tou, sepandan, nan ka sa a patikilye pou sentèz la nan yon konpoze silica ak likid iyonik sèlman (12-15).

Tipikman, ionogels montre konduktiviti ion pi ba pase referans ILE a.Premye jenerasyon ionogels te gen konduktiviti tanperati chanm anjeneral sèlman apeprè 30 a 50% nan valè ILE esansyèl, byenke kèk egzanp ki rive jiska 80% yo te rapòte (9, 10, 16, 17).Efè kontni ILE ak mòfoloji pò ki kapab lakòz sou konduktiviti ionogel te deja envestige an detay (3);sepandan, pa gen okenn etid sistematik nan efè amelyorasyon koòdone li te ye.Wu et al.(18) dènyèman rapòte sou yon ionogel fonksyonalize in situ, ki te bay tou amelyorasyon konduktivite konpare ak ILE an esansyèl.Amelyorasyon an te atribiye a entèraksyon ki genyen ant anion ak gwoup fonksyonèl 3-glycidyloxypropyl sou sifas silica.Konklizyon sa a sipòte lide ke fonksyonalizasyon sifas ka tout bon amelyore pwomosyon kondiksyon koòdone.

Nan travay sa a, nou demontre fòmasyon in situ nan yon kouch dlo glas solid sou silica a epi detaye mekanis nan kondiksyon entèfas Li-ion pa entèraksyon an dipol ogmante ant kouch glas la sifas fonksyonèl ak kouch adsorbed iyonik mesophase likid la.Pa konbinezon de gwo zòn sifas entèn ak kouch dans fonksyonèl glas, elektwolit solid nanocomposite (nano-SCE) ak 200% pi wo konduktiviti Li-ion pase referans ILE esansyèl la te reyalize.Matris la silica montre yo gen yon estrikti vre monolitik mesoporous ak komèsan porositë ak zòn sifas jiska 90% ak 1400 m2 / g, konsa bay ekstrèm rapò sifas-a-volim ki pèmèt gwo kontribisyon nan amelyorasyon kondiksyon ansanm interfaces sa yo.Pa optimize fonksyonalizasyon nan sifas la silica konbine avèk maksimize rapò sifas-a-volim, nano-SCE ak konduktiviti ion ki depase 10 mS / cm ta ka potansyèlman enjenyè e konsa yo trè atire pou pil gwo kapasite pou aplikasyon pou otomobil.

Konsantre nan papye nou an se sou mekanis nan konduktiviti koòdone amelyore atravè fòmasyon nan yon kouch mesophase ak prèv ki soti nan Raman, Fourier transfòme enfrawouj (FTIR), ak nikleyè rezonans mayetik (NMR) spèktroskopi.Estabilite koòdone nan materyèl nano-SCE nou an nan vòltaj segondè demontre lè l sèvi avèk elektwòd mens-fim ityòm Manganèz oksid (LMO).Nan fason sa a, konsantre kenbe sou materyèl la olye ke sou entegrasyon an elektwòd ak pwoblèm asanble selil.Menm jan an tou, fenèt electrochemical la ak estabilite kont FOIL metal ityòm yo konplètman karakterize.Fonksyonalite ak entegrasyon nano-SCE nou an demontre atravè tès pèfòmans asanble ak pousantaj nan ityòm fè fosfat (LFP) ak ityòm titanat (LTO).Yo te montre estabilite elektwolit nou an ak inaktivite elektwochimik dlo glas la atravè sikilasyon alontèm nan selil simetrik Li-SCE-Li.Optimizasyon dansite enèji, pèfòmans pousantaj, ak pèfòmans monte bisiklèt nan selil konplètman reyini yo pral konsantre nan papye swivi (19, 20).

Pwomosyon konduktiviti iyon entèfas nan sistèm konpoze de-faz yo te konnen pou prèske 90 ane (21).Pou egzanp, jiska kat lòd ogmantasyon nan konduktiviti iyonik yo te montre pou konpoze nan sèl ityòm senp tankou yòd ityòm ak patikil oksid mesoporous tankou silica oswa alumina kòm konpare ak konduktiviti a ion nan elektwolit la sèl ityòm pi (22).Iyon yo nan SCE sa yo ka difize pi vit sou Li ion-apovri (oswa ki gen pòs vid) doub kouch elektrik ki fòme nan koòdone oksid / elektwolit la.Malerezman, konduktiviti iyon yo jwenn nan konpozisyon solid-solid inòganik ki senp de-konpozan sa yo (1) pa depase papòt 1-mS/cm2 ki nesesè pou konble distans kèk santèn-mikromèt ant plak pèseptè aktyèl yo nan batri Li-ion. .Konsèp de dopaj heterogeneous ak yon matris ksid pou enjenyè konduktiviti iyonik la te eksplore tou pou elektwolit polymère (23) ak ILEs (24), ki gen yon pi wo konduktiviti iyonik intrinsèque pou kòmanse.Anplis de sa, rich molekilè (stereo) chimi twazyèm eleman an ouvè mekanis kondiksyon ion adisyonèl, kòm molekil (di)polè ki tankou sòlvan yo ka patisipe nan fòmasyon doub kouch elektrik la.Pandan ke aksyon solvating nan gwoup etè yo nan elektwolit polyetilèn oksid polymère bay konduktiviti iyon eta solid nan ~ 10-6 S / cm pou LiClO4 a ~ 10-5 S / cm pou LiN (SO2CF3) 2, konpoze yo ak silica, alumina. , oswa titania nanopartikul ka tout bon bay plis pase 10-pliye amelyorasyon nan konduktiviti ion mezire (25), malerezman, toujou byen anba papòt la tanperati chanm nan 1 mS / cm.Solisyon ILE yo se melanj yon solute Li-sèl ak yon sòlvan likid iyonik, ki ka deja gen gwo konduktiviti iyonik intrinsèques ant 0.1 ak 10 mS / cm (26, 27).Plizyè tantativ yo te fè pou amelyore konduktiviti ion nan melanje oswa gelling li ak nanopartikul oksid oswa pou fèmen ILE a nan mikropartikil mesoporous (9, 16, 28, 29).Sepandan, byen lwen tèlman, pa gen okenn amelyorasyon nan konduktiviti a ion yo te obsève pou twa-konpozan Li-sèl / iyonik likid / oksid konpoze (figi S1).Malgre ke itilizasyon mikwopartikul silica mesoporous rezilta nan pi wo konduktivite konpare ak konpoze ak nanopartikul solid, zòn sifas entèfas ak pwomosyon kondiksyon ion yo pa ase pou depase konduktiviti ILE esansyèl.

Mesoporous silica se yon materyèl ki byen koni yo itilize nan kataliz.Li se tipikman fèt pa idrothermal oswa senp sentèz sol-jèl.Pwosesis idrotèmal tipikman mennen nan poud mesoporous, men ak atansyon kontwòl nan tanperati chanm nan sol-gel pwosesis, gwo monolit vè pore oswa aerogel yo te pwodwi tou.Matris silica a fòme atravè idroliz ak reyaksyon kondansasyon tetra-alkyl orthosilicates (30).Kle nan kontwòl estrikti pò a se itilize nan modèl, pou egzanp, yon micelle surfactant-kalite, alantou ki matris la silica fòme.Lè yo ajoute yon likid iyonik kòm molekil modèl, matris silica idrate a reyaji ak likid iyonik la, fòme yon jèl, epi apre geri ak seche, likid iyonik la fèmen nan matris solid nanopore silica (13).Lè yo ajoute sèl ityòm kòm yon twazyèm konpozan, ILE a ki fèmen nan matris silica a fòme yon elektwolit jèl silica, ki te refere tou kòm ionogel (24).Sepandan, byen lwen tèlman, elektwolit jèl silica sa yo montre konduktivite ki apwoche ILE a esansyèl men pa depase li, eksepte pou yon ka kote silica a te fonksyonalize chimikman (gade Entwodiksyon) (18).

Isit la, nou montre, pwomosyon sistematik nan konduktiviti nan Li-ion nan nanocomposite a byen pi lwen pase ILE a pi bon kalite.Egzanp 1-butil-1-methylpyrrolidinium bis (trifluorometilsulfonil) imid (BMP-TFSI) yo itilize isit la.Li postule ke adsorption nan molekil likid iyonik yo sou sifas la silica OH-tèmine ankouraje pa prezans nan yon kouch dlo glas entèfas.Bonjan lyezon idwojèn ant dlo glas la ak anyon TFSI a pwovoke lòd molekilè nan likid iyonik la, menm jan ak domèn yo bay lòd ki espontaneman fòme nan likid iyonik (31).Diferans kle a ak domèn yo fòme owaza nan ILE esansyèl se ke kouch glas la aji kòm yon kouch fonksyonèl ki (i) pwovoke lòd molekilè a sou sifas oksid la epi (ii) entwodui ase H-lyezon fò pou pwovoke dipol yo lage Li + gratis. pou kondiksyon amelyore.Akote ogmantasyon nan konsantrasyon Li + gratis, nou pral montre ke enèji deklanchman pou difizyon pi ba ansanm koòdone konpoze ak kouch ILE adsorbe ak kouch dlo glas.

Kouch dlo sifas kèk-monocouches-epè sou silica se yon kouch solid ki tankou, kòm li se fòtman lye nan gwoup silanol atravè H-pon ak Se poutèt sa tou refere yo kòm kouch glas (32).Dansite li yo ak epesè (estime jiska twa a kat monokouch, ak ~ 0.25 nm pou chak monokouch glas) yo nan ekilib tèrmodinamik ak presyon dlo a pasyèl [imidite relatif (RH)] nan anviwònman an (figi S2).Nou montre ke konduktiviti ion a ogmante ak epesè kouch dlo glas la kòm lyezon idwojèn ak kouch iyonik adsorbe yo ogmante tou.Kouch dlo glas la estab menm jan ak dlo kristal nan konpoze chimik yo.Sa a se nan gwo kontras ak elektwolit yo super konsantre akeuz oswa sa yo rele dlo nan melanj sèl, kote fenèt elektwochimik la byen wo elaji men, evantyèlman, dlo a toujou electrochemically aktif (33).

Diferan de resèt ionogel tipik ki katalize asid fòmik, nou te itilize yon melanj pH 5 modere ak gwo depase dlo ak PGME (1-methoxy-2-propanol) te ajoute nan yon précurseur TEOS ak sèl Li-TFSI ak BMP-TFSI likid iyonik.Nan pH sa a, reyaksyon idroliz yo ralanti, pandan y ap kondansasyon an favorab (30).Yo kwè iyon Li yo aji kòm katalis pou reyaksyon idroliz la, paske pa gen okenn jelasyon ki te fèt nan absans sèl ityòm pandan ke tou de te gen menm pH 5. Rapò molè likid iyonik ak TEOS (e konsa silice) se endike kòm valè x epi li te varye ant 0.25 ak 2. Yo te kenbe rapò molè BMP-TFSI ak Li-TFSI nan 3 (ki koresponn ak 1 M Li-ion solisyon).Seche dousman te nesesè pou kenbe entegrite estriktirèl estrikti monolit la (gade Materyèl ak Metòd).Figi 1A montre yon foto yon grenn monolitik yo jwenn apre siye vakyòm.Seche vakyòm 72 èdtan an te ase pou retire tout imidite a nan yon pwen kote yo te retire tout dlo gratis pandan y ap kouch dlo glas adsorbe a rete konplètman entak, jan FTIR konfime.Pa gen okenn vibrasyon pou dlo gratis yo te detekte nan 1635 cm-1 nan nenpòt nan echantiyon yo apre etap la siye vakyòm (figi 2).Pou konparezon, yo montre spectre FTIR pou yon echantiyon nano-SCE (x = 1.5) ki estoke pou 1 semèn nan yon bwat gan N2 nan 60% RH.Nan ka sa a, yon pik dlo klè parèt.Tout echantiyon, nan lòt men an, te montre yon siyal klè pou fonksyonalizasyon sifas silanol (Si─OH koube ant 950 ak 980 cm-1) ak yon kouch dlo glas adsorbed (O─H etann nan ~ 3540 cm-1) kole ak ─OH sifas gwoup yo pa H-lyezon (plis detay anba a).Flakon yo te pondere anvan ak apre etap la siye pou mezire dlo a kenbe nan nano-SCE la (tablo S1).Apre sa, nou pral kalkile kantite monokouch ki koresponn nan kouch glas sifas ki soti nan pwa depase.Yo te pote granules vakyòm yo nan bwat gan [<0.1-ppm (pati pa milyon) H2O] epi estoke nan flakon fèmen pou kenbe kontni dlo orijinal la.Yon ti volim te pran nan granules a pou plis karakterizasyon.

(A) Foto de granules nano-SCE (agòch) sentèz nan flakon an;apre jelasyon, yo jwenn yon granules transparan.Remake byen ke granules la konplètman transparan e se poutèt sa yo te bay yon Hue ble pou vizibilite.Lè yo retire ILE a, yon granules blan frajil rete pou matris silica ki trè pore (adwat).(B) Imaj mikwoskopi elektwonik (SEM) nan matris SiO2 ki rete apre yo fin retire ILE a.(C) Zoom nan foto yo montre nan (B) ki dekri nati mesoporous nan materyèl la matris ak kèk macropores.(D) Transmisyon mikwoskopi elektwonik (TEM) imaj ki montre yon anbalaj dans nan nanopartikul silica 7- a 10-nm kòm blòk yo nan materyèl la matris pore.(E) Porosite estrikti matris la trase pou diferan rapò molè ILE ki gen rapò ak SiO2 (x valè).Liy tirè a bay porosite teyorik la detèmine nan fraksyon volim ILE ak silica.Echantiyon asetòn-rense yo (kare nwa) yo te cheche nan lè a, ki bay yon pati nan efondreman nan estrikti a pou x > 0.5.Supercritical CO2 siye nan etanòl-rense nano-SCE (sèk vèt) anpeche tonbe jiska x = 2 pou retire siplemantè ralanti nan CO2 a (sèk louvri).BET, Brunauer-Emmett-Teller.Kredi foto: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) spectre IR nan nano-SCE a kòm cheche nan vakyòm (nwa) epi pita seche plis nan yon bwat gan ak 0.0005% RH pou 9 jou (ble) epi ekspoze a 30% RH pou 4 jou (wouj) ak 60. % RH pou 8 jou (vèt), respektivman.au, inite abitrè.(B) Voltamogram siklik nan yon pil Li/SCE/TiN ak valè x nan 1.0 (ble), 1.5 (vèt), ak 2.0 (wouj) ak nan referans ILE (nwa);inset la montre aktyèl la nan echèl logaritmik.(C) Voltamogram siklik nan Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 pile (wouj), ILE (pwenye nwa), ak ILE ki gen 5 pwa % (pwa %) H2O (tiret-pwenye liy ble);nan (B) ak (C), mezi ak ILE ak ILE ak H2O yo te fè nan twa-elektwòd konfigirasyon ak TiN kòm yon elektwòd k ap travay ak Li kòm kontwa ak referans elektwòd.SCE a te cheche pou 2 jou nan bwat gan an apre siye vakyòm.

Konduktivite iyonik (σi) nano-SCE vakyòm-annealed nou an ogmante ak fraksyon volim nan ILE (x valè) kòm pou konpoze patikil yo (fig. S1).Sepandan, nan ka sa a, konduktiviti iyonik la depase sa ki pi bon kalite ILE a tèt li pa plis pase 200% pou valè x ki pi wo yo (figi 3).Anplis de sa, depandans nan tanperati nano-SCE a ak konduktiviti ion amelyore te montre yon konpòtman diferan pase sa yo ki nan ILE a pi bon kalite: Lè nou konsidere ke Li-TFSI a nan BMP-TFSI ILE montre yon chanjman klè nan konduktiviti ak deklanchman enèji (pant) alantou fizyon an. pwen nan melanj la nan 29 ° C, nano-SCE a ak konduktiviti amelyore pa fè sa.Olye de sa, li montre yon varyasyon kontinyèl nan σi ak tanperati a, ki endike ke yon kalite faz oswa mesophase te deja idantifye, ki se Lè sa a, responsab pou konduktiviti a amelyore.Anplis, pant ki pi piti a e konsa pi ba enèji aktivasyon pou difizyon pou nano-SCE konpare ak ILE a endike pwopriyete materyèl diferan (figi S3).Li postule ke entèraksyon fò ant molekil likid iyonik yo ak kouch glas solid sou echafodaj silica a responsab pou konpòtman mesophase obsève, jan yo pral diskite ak modèl ki pwopoze anba a.

(A) Tanperati depandans nan konduktiviti nano-SCEs seche pou 8 jou nan bwat gan (GB) ak valè x nan 2 (kare nwa), 1.75 (sèk zoranj), 1.5 (triyang ble), ak 1.0 (triyang vèt). ) ak nan referans ILE (kare louvri).(B) Konduktivite nano-SCE yo seche anplis nan GB pou 0 jou (kare vèt), 10 jou (triyang nwa), ak 138 jou (triyang ble).(C) Konduktivite kont rasin kare nan tan siye nano-SCE ak valè x nan 2 (kare nwa), 1.5 (triyang ble), 1.0 (triyang vèt), ak 0.5 (dyaman mawon).(D) Kondiktivite nano-SCE ak x = 2 (kare nwa), 1.5 (triyang ble), ak 1.0 (triyang vèt) ekspoze nan yon chanm imidite N2-plen.

Atmosfè a agon nan bwat gan an gen mwens pase 0.1 ppm dlo, ki koresponn ak 0.0005% RH, yon presyon dlo pasyèl nan 0.01 Pa, oswa yon pwen lawouze nan -88 ° C.Kòm kantite kouch dlo adsorbed sou silanol-tèmine silica se nan ekilib ak presyon an pasyèl nan dlo (fig. S2), dlo sifas la pral tou dousman difize soti nan nano-SCE a ak sublime nan bor yo.Figi 3C montre chanjman nan konduktiviti pou 23 μl nano-SCE kòm yon fonksyon tan rezidans nan bwat gan an.Konduktivite iyon an diminye ak siye jiskaske li boure nan yon valè ki koresponn ak sifas silica a nan ekilib ak presyon an pasyèl dlo nan 0.01 Pa nan bwat gan an.Menm anba kondisyon ekstrèm sèk nan bwat gan an, omwen, yon pati nan monokouch dlo adsorbed sou silanol prezan, kòm Raman spèktroskopi toujou montre yon siyal nan 3524 cm-1, ki se espesifik pou premye monokouch nan dlo adsorbed sou silanol. (Fig. 4B).Kondiktivite ion nan kondisyon satire te byen pi ba pase ILE endividyèl la nan tout ka yo.Pakonsekan, amelyorasyon an pa ase pou konpanse pèt nan konduktiviti iyonik nan ILE nan fèmen nan nwayo a nan pò a.

(A) IR spectre nano-SCE ak yon valè x de 1.5 (wouj), referans ILE (nwa), ak SiO2 (ble), ki montre ke gwoup la O═S═O (1231 cm−1) patisipe nan la. entèraksyon ak OH-gwoup sou sifas la silica.(B) Raman spectre nano-SCE ak valè x nan 2 (nwa), 1.5 (wouj), ak 0.5 (ble), ki montre prezans nan dlo glas kole sou silanol-termine silica menm pou nano-SCE tou pre saturation (0.0005). % RH) nan yon bwat gan (30 jou).(C) Modèl pwopoze pou entèraksyon koòdone nan nano-SCE a ak disosyasyon Li-TFSI nan Li + gratis kòm TFSI-anion pataje yon pati nan chaj negatif li yo ak kouch glas-TFSI-BMP adsorbe;koulè yo reprezante diferan eleman ak koulè wouj violèt (silikon), wouj (ityòm), jòn fonse (souf), zoranj (oksijèn), ble (azòt), blan (idwojèn), ak vèt (fliyò).Liy tirè koulè wouj violèt yo reprezante kosyon idwojèn ant gwoup O═S nan anyon TFSI ak OH-gwoup yo nan sifas silica idroksilated.Li + iyon yo mete gratis pa dipol la sou kouch adsorbée a ka imigre nan kouch likid iyonik ki vin apre mobil oswa difize pi wo a kouch koòdone yo.Remake byen ke depann sou fòs la nan lyezon idwojèn yo ak chaj la ekivalan sou silica a, plizyè kouch adsorbed ta ka fòme tou.Tout espèk yo montre nan fig.S8.

Yon obsèvasyon enteresan se relasyon lineyè ak rasin kare tan seche jan yo montre nan Fig. 3C, ki endike ke chanjman konduktiviti a se dirèkteman pwopòsyonèl ak chanjman ki fèt nan kantite dlo glas adsorbe sou silica a epi retire dlo sifas sa a se. difizyon limite.Remake byen ke "seche a" fèt sèlman nan yon anviwònman ouvè kote RH a pi ba pase pou kouch glas la ekilib.Konduktivite a pa t 'chanje remakab, pou egzanp, nan selil pyès monnen fèmen yo itilize pou mezi tanperati ki depann de.

Depandans nan tanperati nano-SCE a te mezire pou diferan tan nan siye nan bwat gan an.Kòm konduktiviti nan nano-SCE sèk la pwoche bò kote ILE a, kontinyèl σi kont 1/T pwofil pou konduktiviti mesophase piti piti chanje nan pwofil la pou ILE a, ankò revele gout nan alantou pwen k ap fonn li yo (figi S3).Obsèvasyon sa a plis sipòte sipozisyon an ke kouch glas la aji kòm yon kouch fonksyonèl pou entèraksyon koòdone ak ILE a, ki bay monte nan konpòtman an mesophase nan nano-SCE la.Pakonsekan, lè yo retire kouch fonksyonèl la, ILE a vin jis fèmen nan yon manbràn oksid mesoporous.

Mezi nan fenèt estabilite elektwochimik konfime ke dlo glas la nan nano-SCE a estab, kòm pa gen okenn pik pou rediksyon dlo oswa oksidasyon yo te obsève nan elektwòd TiN inaktif (figi 2) ni nan yon elektwòd TiO2 mens-fim, ki otreman aji kòm yon elektwo-katalis pou rediksyon dlo.Olye de sa, estabilite elektwochimik nano-SCE a trè menm jan ak sa yo ki nan ILE a e konsa limite pa oksidasyon nan TFSI- nan potansyèl elektwòd> 4.3 V ak rediksyon nan TFSI- ak BMP + nan potansyèl <1 V kont Li + / Li. (33).Pou konparezon, yo montre yon voltamogram pou yon ILE ak 5% pwa (pwa %) dlo te ajoute (kontni menm jan ak kèk nano-SCE; gade tablo S1).Nan ka sa a, yo mezire yon branch katodik pou rediksyon dlo imedyatman apre pik Li-intercalation anataz nan 1.5 V kont Li +/Li.

Estabilite tèmik ak (elektwo)chimik nano-SCE a sitou detèmine pa filler ILE a.Analiz Thermogravimetric (TGA) te montre estabilite tèmik nan SCE a ak ILE jiska 320 ° C, kèlkeswa rapò a ILE-a-silica (figi S4).Pi wo pase tanperati sa a, Li-TFSI ak BMP-TFSI dekonpoze konplètman nan eleman temèt, epi sèlman matris la silica rete alantou 450 ° C.Pousantaj nan mas ki rete apre dekonpozisyon tèmik tout bon matche trè byen ak fraksyon nan silica nan SCE la.

Nano-SCE a pa te montre okenn mikwostrikti klè nan mikwoskospi elektwonik optik (SEM) eksepte pou yon sifas ki lis ak kèk plak silica peeking soti (figi S5).Dansite espesifik SCE a te detèmine ak yon piknomèt elyòm e li te alantou 1.5 g / cm3 pou tout valè x (tablo S1).Matris la silica konplè te revele pa ekstraksyon fatigan nan ILE a nan yon sòlvan (gade Materyèl ak Metòd).Lè yo seche ak anpil atansyon nan pwen kritik CO2, monolit èrgel entak yo ka jwenn tankou sa ki montre nan Fig. 1A.Enspeksyon SEM montre yon echafodaj nan silica mesoporous ak dyamèt pò 10- a 30-nm, ki vlope nan pi gwo macropores nan 100 a 150 nm, jan yo ka wè nan Figi 1 (B ak C).Mikwoskopi elektwonik transmisyon wo-rezolisyon (TEM) (Fig. 1D) te ekspoze plis yon mikwostrikti ki konpoze de nanopartikil silica ki byen chaje.Dyamèt an mwayèn patikil varye ant 7 a 14 nm pou valè x ant 0.5 ak 1.5.

Sifas espesifik [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], porosite, gwosè pò mwayèn, ak distribisyon gwosè pò yo te detèmine ak mezi N2 adsorption / desorption (tab S1 ak fig. S6).Efondreman pasyèl nan estrikti a ak retire enkonplè nan adsorbed ILE ka yon ti jan defòme nimewo yo.Fè ekstraksyon ak anpil atansyon nan likid iyonik la ak siye dousman lè l sèvi avèk CO2 supèrkritik bay, sepandan, rezilta serye tou pre porosite espere kalkile soti nan fraksyon nan volim nan ILE nan silica (figi 1).Sifas sifas BET la varye ant 800 ak 1000 m2/g.Gwosè pò an mwayèn yo jwenn nan pant izotèm nan varye ant 7 ak 16 nm.Anplis de sa, yo te mezire yon fraksyon ki pi piti nan pi gwo porositë jiska apeprè 200 nm (fig. S6), an akò ak obsèvasyon SEM.Dyamèt pò a koresponn trè byen ak de fwa epesè ekivalan kouch ILE a jwenn nan fraksyon volim ILE ak zòn sifas BET, sa vle di mesopores yo konplètman ranpli ak ILE.

Sifas sifas BET rapòte a se pou mesopores ak macropores sèlman.Pou matris asetòn rense, yo te mezire mikropor (~0.6 nm) tou.Yo jwenn mikropor yo ant nanopartikil silica endividyèl ki fòme estrikti a tankou sa yo montre nan imaj TEM Figi 1D.Yo estime yon maksimòm sipèfisi adisyonèl ant 650 (x = 0.5) ak 360 m2/g (x = 1.5) (tablo S1).

Tou de FTIR ak Raman spectre montre prèv klè pou gwoup silanol ak molekil dlo glas adsorbed sou matris silica wo-porosite ak zòn sifas ekstrèm efikas ki depase 1400 m2 / g lè yo pran an kont mikropor, mesoppor, ak macropores.Ant zewo ak twa monokouch dlo yo estime nan dlo a depase nan nano-SCE a pou x < 1.75.Pou silica planar, twa premye monokouch dlo adsorbed yo tout bon konsidere kòm imobil ak solid-tankou akòz lyezon idwojèn fò yo nan sifas la OH-tèmine (32) (al gade fig. S2).Yo jwenn detire O─H ki asosye ak idwojèn silanol ki kole ak yon kouch dlo glas nan 3540 cm-1 nan espèk FTIR yo.Tout nano-SCE yo montre, tout bon, yon pik diferan nan 3540 cm-1 pou dlo glas apre siye vakyòm ak apre siye plis nan bwat gan an (Fig. 2).Menm pou nano-SCE ekilibre nan 0.0005% RH (gan bwat), Raman spèktroskopi toujou montre prezans nan omwen yon monokouch pasyèl (Fig. 4B).Katriyèm monokouch sou silica planè yo kwè se yon kouch tranzisyon, sa vle di ke li toujou adsorbée ak restriksyon men li ka gen kèk mobilite.Soti nan senkyèm kouch la, dlo a vin mobil ak likid tankou.Dlo ki sanble ak likid ap parèt nan pi wo nimewo vag nan spectre FTIR la akòz degre ki pi ba nan H-lyezon nan dlo likid.Pou nano-SCE ekspoze a 60% RH, 3540-cm−1peak la montre vibrasyon adisyonèl deplase nan nimewo vag ki pi wo akòz kouch dlo likid adsorbe adisyonèl la.Enteresan nan sans sa a se eksperyans nan kote echantiyon an te ekspoze a 30% RH, kòm pa gen okenn dlo likid ankò espere sou silica nan imidite sa a (figi S2).Pou echantiyon sa a, sèlman 3540 cm-1 pik pou dlo glas yo wè nan FTIR.Anplis de sa, pa gen okenn pik dlo gratis detekte nan 1635 cm-1 menm apre 4 jou nan 30% RH.Sa vle di ke dlo pa pran pa igroskopik Li-TFSI ki fonn nan idrofob BMP-TFSI a yon fwa nano-SCE a seche pa tretman vakyòm.Se poutèt sa, nenpòt dlo adisyonèl nan SCE a pral adsorbed sou sifas la silica OH-tèmine.Pakonsekan, menm jan pou silica plan, matris silica SCE an ekilib ak presyon pasyèl dlo nan anviwònman an.

Pou teste ipotèz sa a pi lwen, yo te mezire konduktiviti ion nan nano-SCE (x = 1, 1.5, ak 2) nan diferan % RH;echantiyon yo te ekspoze a yon melanj kontwole gaz N2 sèk ak imid nan yon bwat gan pou 2 jou pou pèmèt kouvèti dlo adsorbed la rive nan ekilib (figi 3D).Pou pwen yo nan ~ 0% RH, yo te pran konduktiviti pou nano-SCE ekilibre nan bwat gan an.Étonnant, konduktiviti ion kont RH (%) pwofil swiv konpòtman espere pou adsorption dlo sou silica planar (figi S2).Ant 0 ak 30% RH, konduktivite a ogmante ak ogmante RH.jan yo espere pou yon ogmantasyon nan dansite kouch glas adsorbe ak epesè (korespondan ak youn a twa kouch glas sou silica plan).Remake byen ke FTIR te montre ke pa gen okenn dlo gratis te prezan nan nano-SCE a pandan plizyè jou nan 30% RH.Yo wè yon tranzisyon alantou 50% RH, ki koresponn ak kondisyon kote yon kouch dlo adsorbed tranzisyon espere pou silica plan.Evantyèlman, yo jwenn yon ogmantasyon distenk etap nan konduktiviti ion nan direksyon 60% ak pi wo imidite kote, nan resanblans ak silica planar, kounye a, tou gen yon kouch dlo ki sanble ak likid ki te fòme nan koòdone ki genyen ant silica a ak ILE a entegre.Avèk FTIR, yon kouch dlo likid sou kouch glas la kounye a detekte pa chanjman nan pik vibrasyon silanol / glas / dlo nan pi wo enèji (Fig. 2A).Chanjman an obsève nan konduktiviti se revèsib;konsa, nano-SCE a ka aji kòm yon Capteur imidite ak yon elektwolit Li-ion.Soti nan Fig. 3D, konduktiviti ion nan nano-SCE imedyatman apre anneal vakyòm koresponn ak yon silica idrate ekilib nan ~ 10% RH.Konduktivite ion pou saturation nan kondisyon chanm sèk (~0.5% RH) ta alantou 0.6 mS / cm (pou x = 2).Eksperyans sa a klèman demontre efè a nan dlo entèfas sou konduktiviti a ion.Pou RH > 60%, konduktiviti ion ki pi wo a ta ka eksplike pa difizyon pi rapid nan Solvated Li + atravè kouch likid ki tankou.Sepandan, nan ka a nan yon kouch glas solid, difizyon an Li + ion ta dwe yon difizyon kalite solid-eta e konsa pi dousman pase nan likid iyonik nan tèt li.Olye de sa, amelyorasyon a atribiye nan adsorption amelyore nan anyon òganik ak kasyon nan Li-sèl ak molekil likid iyonik, jan yo pwopoze nan modèl ki anba a.

Nou pwopoze yon modèl kote molekil likid iyonik yo adsorbe sou sifas silica atravè H-pon ak kouch glas imobil sou gwoup silanol yo (figi 4).Nati intrinsèque reyaksyon kondansasyon idroliz la bay pi gwo dansite silanol (4 × 1014 a 8 × 1014 cm−2, ki matche byen ak dansite yon sèl monokouch glas ak ~ 8 × 1014 molekil dlo pou chak cm2) (34).Prèv pou entèraksyon molekilè ant atòm O yo nan anyon TFSI yo ak silica a bay pa FTIR, ki montre yon double nan pik O═S═O pou tout nano-SCE an konparezon ak referans ILE a (Fig. 4A; spectre konplè). nan fig. S8).Chanjman nan pik adisyonèl la ak apeprè -5 cm-1 soti nan 1231 cm-1 endike lyezon nan gwoup O═S═O pou omwen yon pati nan anyon TFSI yo.Se poutèt sa, H-lyezon anion yo TFSI sou kouch dlo glas la sipoze.Imedyatman, gwo kasyon idrofob BMP yo asosye ak premye kouch TFSI, ranpli premye kouch adsorbed molekil likid iyonik la.Kòm pou kouch glas la, molekil adsorbed BMP-TFSI yo panse yo dwe sitou imobil, kidonk pwolonje kouch glas solid ki tankou sou sifas silica a.Kòm anyon TFSI a gen yon gwoup simetrik O═S═O, yon atòm oksijèn ka kominike avèk sifas silica idroksilatè a pandan ke lòt la fòme pwen yo kole pou kasyon BMP yo.Anion TFSI a tou gen de gwoup O═S═O, asire adsorption fèm ak lòd dans nan monokouch anyon an.Adsorption pi efikas nan ka a nan yon kouch glas dans ak dansite ki pi wo nan OH-gwoup kòm pwen kolan potansyèl yo.Nan prezans sèlman gwoup silanol, adsorption a pa ta ka fò ase yo fòme yon kouch adsorbate kontinyèl.Anplis de sa, yon nimewo ogmante nan monokouch glas yo konnen yo ogmante fòs nan kosyon idwojèn nan (35).Remake byen ke entèraksyon molekilè ant kation BMP a ak monokouch TFSI ki te bay lòd la pral diferan de sa ki nan likid iyonik kote anyon TFSI a gen libète wotasyon epi pa gen okenn polarizasyon nan sifas ki kache.Chaj la nan gwo BMP kasyon an tout bon distribiye sou atòm yo anpil pa polarizasyon nan lyezon yo intrinsèques ak pa entèraksyon molekilè ak anviwònman chimik li yo ak, espesyalman, anyon TFSI adsorbed la.H-lyezon ant O-gwoup la nan anyon TFSI a ak OH-terminasyon nan kouch glas la kounye a entwodui yon dipol sou kouch nan premye adsorbed, pwovoke plis lòd molekilè pa asosyasyon.Yo kwè ke nan pwen sa a, molekil Li-TFSI ki pi piti yo adsorbe sou kouch molekilè a anyon TFSI kounye a konpanse chaj rezidyèl pozitif dipolè youn oswa plis nan kasyon BMP yo nan kouch siperyè a, kidonk detachman asosyasyon li yo ak Li li yo. ion.Nan fason sa a, konsantrasyon nan Li + gratis ogmante nan koòdone sa a, ki mennen nan pi wo konduktiviti ion.Pakonsekan, kouch glas pi dans ak pi epè Lè sa a, prezante yon dipol pi gwo ak yon chaj rezidyèl ki pi wo pou konpanse, bay yon pwopòsyonèl pi wo konsantrasyon Li + gratis e konsa konduktiviti ion.

Anlè kouch ILE adsorbée a, swa yon lòt kouch ILE ka adsorbe menm jan ak multicouches glas yo sou silica oswa rale dipol nan kouch glas la twò fèb ak yon ILE alalejè mare se sou tèt, ki Lè sa a, ka bay likid ki tankou kondiksyon pou Li + iyon yo lage nan kouch ki pi ba adsorbed (figi 4C).Chanjman nan konsantrasyon Li + ion gratis te koribe pa tou de mezi espektroskopi NMR ak Raman.Mezi Raman yo endirèkteman montre ke yon pi gwo fraksyon nan iyon Li + gratis yo tout bon prezan nan nano-SCE a ak plis kouch dlo glas mare nan silica a (Fig. 5).Raman mezire asosyasyon kasyon an ak TFSI lè li sonde vibrasyon N-gwoup la nan aniyon TFSI (36).Nan pi likid iyonik BMP-TFSI, se sèlman yon sèl pik nan 741 cm-1 wè.Nan ka ILE a pi, yo wè yon pik adisyonèl nan 746 cm-1 kote de anyon TFSI kowòdone ak yon sèl Li+ ion [gade kalkil teyori fonksyonèl dansite (DFT) nan Materyèl ak Metòd].Pou tout nano-SCE, entansite pik la nan 746 cm-1 pi fèb pase sa pou ILE, ki endike yon fraksyon ki pi piti nan Li-TFSI ki asosye ak, kidonk, yon fraksyon pi gwo nan kasyon Li + ki pa asosye oswa ki gratis.Pik la diminye drastikman pou moun ki nano-SCE ki montre pi gwo amelyorasyon konduktiviti a, sa vle di, moun ki gen kouch glas ki pi epè.Pou nano-SCE a nan ekilib nan bwat gan an, toujou, yo mezire yon fraksyon nan Li + gratis byenke pi piti anpil pase pou echantiyon yo vakyòm-annealed.Pwopòsyon entansite pik yo pou chanjman Raman 746 sou 741 cm−1 yo, Lè sa a, se yon mezi rapò nan Li-ion gratis ak TFSI ki asosye (Fig. 5B).Ogmantasyon lineyè nan fraksyon iyon Li + gratis ak valè x byen swiv tandans nan amelyorasyon konduktiviti ak valè x nan Figi 3B, tou de pou vakyòm sèk nano-SCE (jou 0) ak SCE a nan ekilib ak sechrès nan bwat gan (jou). 138).

(A) Raman spectre nan yon likid iyonik (IL; pwentiye liy ble) ak referans ILE (ILE; priz-pwenye liy) nan kòm prepare nano-SCE (seche vakyòm) ak valè x nan 0.5 (vèt), 1.5 (jòn) , ak 2 (mawon) ak nan nano-SCE (x = 1.5) Anplis de sa seche nan bwat gan pou 30 jou oswa tou pre saturation nan 0.0005% RH (wouj).Liy vètikal yo make chanjman Raman pou TFSI ak sant N li kowòdone ak Li+ (746 cm-1) epi li pa kowòdone ak Li+ (741 cm-1), respektivman.(B) Pwopòsyon nan gratis nan kowòdone Li + nan nano-SCE kòm sentèz (seche vakyòm, sèk nwa) ak Anplis de sa seche nan bwat gan ak 0.0005% RH pou 30 jou (dyaman ble), ki koresponn ak rapò a nan entansite a entegre nan la. Pik Raman (746 cm−1 sou 741 cm−1).(C) PFG-NMR-deriv Li + koyefisyan difizyon pwòp tèt ou nan nano-SCE (dyaman wouj) ak ILE ref.(kare nwa) kòm yon fonksyon nan entèval ki genyen ant pulsasyon yo jaden mayetik gradyan.Pik yo teyorik sou espèk Raman yo te simulation lè l sèvi avèk kalkil DFT.

Soti nan RMN gradyan enpulsyonèl jaden (PFG-NMR), yo te detèmine koyefisyan oto-difizyon diferan espès mobil Li-ion yo kòm yon fonksyon entèval ki genyen ant pulsasyon chan mayetik gradyan ∆ pou referans likid ILE a ak pou yon nano-. SCE (x = 1.5) ak menm konduktiviti ion nan 0.6 mS / cm (figi 5C).Li + oto-difizyon koyefisyan nan referans ILE a te konstan, ki endike ke sèlman youn oswa plizyè espès Li ki gen anpil mobilite ki sanble prezan nan likid la.Pou nano-SCE a, koyefisyan oto-difizyon an varye ak ∆ ak depase sa yo ki nan ILE nan ∆ kout, ki endike prezans nan espès k ap deplase rapid ki reponn sèlman nan entèval kout ant pulsasyon chan mayetik.Gradyan nan koyefisyan oto-difizyon sijere ke akote ogmantasyon nan konsantrasyon Li-ion gratis, jan yo dedui nan espektroskopi Raman, enèji nan aktivasyon pou difizyon bese nan kouch koòdone mesophase la tou.Sa a sipòte amelyorasyon nan konduktivite prezante pa (plis) iyon Li + gratis nan kouch mesophase la.Nan ∆ pi long, koyefisyan oto-difizyon an te pi ba pase referans ILE a.Sa a konfime konduktiviti ion ki pi ba anpil pou bwat gan-satire nano-SCE konpare ak ILE.ILE a fèmen nan nwayo a nan mesopores yo pral gen yon pi wo viskozite akòz restriksyon nan mouvman molekilè.Pakonsekan, amelyorasyon nan kreyasyon Li-ion pi vit difize nan koòdone silica / glas / ILE a dwe depase diminisyon nan konduktiviti nan nwayo a nan pò a.Sa a eksplike absans amelyorasyon nan sistèm patikil ki baze sou kote interfaces yo pa bay ase pwomosyon kondiksyon ion (fig. S1).

Estabilite elektwochimik nano-SCE kont metal ityòm te teste lè l sèvi avèk yon konfigirasyon twa-elektwòd (schématik konfigirasyon an montre nan fig. S7).Karakteristik aktyèl-potansyèl Li/SCE (x = 1.5) ak Li/ILE mwatye selil yo montre nan Fig. 6A.Kòm pou fenèt elektwochimik nan Fig. 2, elektwochimik la limite pa filler la ILE.Yo obsève revèsib ityòm plating ak nidite.Yon kouch entèfaz solid elektwolit (SEI) ki estab fòme nan ityòm metalik ak yon RSEI apeprè 0.9 kilo-ohm·cm2, ki responsab pou gwo gout IR nan koub iU sou tou de kote katodik ak anodik.Kouran katodik nan solisyon ILE pi yo pa t montre okenn isterèz desann nan -2.5 mA/cm2.Sepandan, disolisyon anodik la te montre yon pik pasivasyon ak yon aktyèl anodik fiks nan sèlman 0.06 mA / cm2.Branch aktyèl katodik nan koòdone solid-solid Li/SCE a pa te montre pa gen okenn isterèz pou kouran katodik mwens pase -0.5 mA/cm2.Rezistans SEI a te, sepandan, apeprè doub.Menm jan an tou, anodik pik la te pi ba ak aktyèl la fiks apre pik la pasivasyon anodik te 0.03 mA / cm2, sèlman mwatye nan solisyon an pi bon kalite ILE.Fòmasyon SEI ak kouch pasivasyon nan porositë SCE limite aktyèl la nan metal ityòm.Tou de voltammogram yo pou elektwòd Li / ILE ak Li / SCE yo te repwodiktif sou sik miltip, ki endike ke kouch pasivasyon anodik ak kouch SEI chimik yo revèsib ak ki estab.Sinetik disolisyon dousman nan koòdone Li/SCE limite anpil pèfòmans demi-selil ki fèt ak anod metal Li pi ba a.

(A) Voltamogram siklik nan nano-SCE (x = 1.5, jan sentèz apre siye vakyòm) (wouj) ak referans ILE (nwa) mezire nan konfigirasyon twa-elektwòd ak Li kòm k ap travay, kontwa, ak elektwòd referans (SEI rezistans estime soti nan IR gout sou aktyèl katodik se 0.9 ak 1.8 kilo-ohm·cm2 pou ILE ak SCE, respektivman).(B) Galvanik chaj / egzeyat koub nan Li / SCE (x = 1) / 100-nm mens-film selil LiMn2O4 pou senk sik nan C-pousantaj 1C, 5C, ak 20C.(C) Voltamogram siklik nan selil elektwòd Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 ak Li/SCE/30-μm LiFePO4 poud (1 mV/s).(D) Galvanik chaj / egzeyat koub nan Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 elektwòd poud nan 1C, 0.1C, 0.2C, ak 0.02C.(E) Galvanik chaj / egzeyat koub nan Li / SCE / 30-μm LiFePO4 elektwòd poud nan 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, ak 0.01C.(F) Kapasite (kawo ki ranpli pou delitiyasyon ak kare louvri pou litiyasyon) kont nimewo sik nan elektwòd poud Li/SCE/30-μm LiFePO4;epesè SCE a nan selil yo se apeprè 280 μm.Dansite nan katod LFP ak LTO se apeprè 1.9 ak 11.0 mg / cm2, respektivman.(G) Koub potansyèl kont tan nan yon pil Li/SCE/Li sikile nan dansite aktyèl 0.1, 0.2, 0.5, ak 0.1 mA/cm2.(H) 1ye, 10yèm, 125yèm, ak dènye polarizasyon nan pil Li/SCE/Li ensiste nan 0.1 mA/cm2, yo montre nan (G).Pou (G) ak (H), SCE a gen yon konduktiviti nan 0. 34 mS / cm, ak epesè nan i grenn SCE a se 0.152 cm.

Yon 100-nm LiMn2O4 (LMO) mens-fim te itilize kòm yon modèl elektwòd pozitif teste tou de estabilite nan nano-SCE a ak materyèl la elektwòd pandan y ap elimine pwoblèm koòdone potansyèl nan elektwòd konpoze patikil (37).Pèfòmans nan monte bisiklèt nan mens-fim elektwòd / SCE chemine demontre estabilite nan koòdone ki genyen ant elektwòd la ak elektwolit.Nan konfigirasyon modèl sa a fim mens, se sèlman yon sèl kontak koòdone, byen defini ak planar ki prezan ant elektwolit la ak elektwòd, sa vle di, li se yon platfòm ideyal yo etidye elektwochimi nan koòdone elektwolit / elektwòd san pwoblèm nan chanjman volim. , elatriye Epitou nan eksperyans sa a, pèfòmans nan pousantaj pa limite pa elektwòd la vann san preskripsyon Li-foil, kòm dansite aktyèl la (6 μA / cm2 pou 1C) se pi ba pase sa yo ki nan eta a fiks anodik plato aktyèl la pou ityòm mwatye- selil (0.03 mA/cm2).Koub chaj / egzeyat ki repwodiktif ak ki estab yo jwenn pou yon vòltaj koupe nan 4.3 V pou C-pousantaj ant 1 ak 20C pou plis pase 20 sik (figi 6B).LMO se enstab nan yon elektwolit likid pou LiB.Pou egzanp, yo te obsève yon rediksyon kapasite 50% sou yon fim LMO 100-nm chaj-egzeye pou 10 sik nan yon elektwolit LiClO4 / propylene carbonate nan 1C (37).Rezilta nou yo montre ke nano-SCE a pi konpatib ak LMO pase yon elektwolit likid tipik.

Pou demontre entegrasyon nano-SCE a, nou menm tou nou fabrike mwatye selil ak Li4Ti5O12 (LTO) ak LiFePO4 (LFP) elektwòd poud.Solisyon précurseur a te jete gout nan selil pyès monnen an pou enpreye elektwòd ki mouye yo epi kite pou plis jelasyon anvan yo te cheche ak vakyòm-annealed menm jan ak granules nano-SCE yo.Selil yo montre karakteristik litiation / delithiation nan elektwòd korespondan yo (figi 6C).Kouran pi ba yo pou LFP pase LTO yo akòz diferans ki genyen nan epesè kouch.Pèfòmans pousantaj pandan mezi chaj / egzeyat te kounye a limite pa elektwòd kontwa Li-foil bourade sou kouch nano-SCE ki te fòme sou tèt kouch elektwòd 30- a 40-μm-epè (figi 6, D ak E).Selil LTO / nano-SCE / Li a te rive nan kapasite maksimòm li yo nan 160 mA · èdtan / g sèlman nan pousantaj C ki ba nan 0.02C (Fig. 6D).Kapasite aksesib a desann rapidman ak pousantaj C ak mwens pase 10% pou pousantaj C ki pi gwo pase 0.1C.Menm jan an tou, selil LFP / SCE / Li a te rive nan kapasite maksimòm li yo nan apeprè 140 mA · èdtan / g nan 0.01C (Fig. 6E).Figi 6F montre pèfòmans pousantaj pou yon total de 30 sik, demontre konfigirasyon selil ki estab.Eksperyans sa yo demontre fonksyonalite nano-SCE kòm elektwolit Li-ion ak posibilite pou entegrasyon nan selil Li-ion.

Estabilite oswa sikilabilite nano-SCE la te teste lè l sèvi avèk Li/SCE/Li pile simetrik.Li te sikile pou plis pase 120 sik nan yon dansite aktyèl 0.1 mA/cm2 pou 0.5 èdtan (figi 6G) san okenn pwoblèm oswa fòmasyon dendrit (figi 6H).Vòltaj polarizasyon an te vin pi piti sou tan, sa ki endike amelyorasyon nan kontak.Anplis, selil la te ensiste jiska dansite aktyèl la nan 0.5 mA / cm2, san yo pa nenpòt fòmasyon nan dendrite ityòm oswa siy deteryorasyon nan nano-SCE a oswa koòdone a (figi 6G).Lityòm metalik li te ye pou fòme yon kouch entèfaz pwoteksyon oswa SEI sou sifas li nan ILE ki baze sou BMP-TFSI (27).Reyaksyon sa a rive tou nan koòdone ityòm/nano-SCE;jan yo diskite anba Figi 6A, SEI a ta ka grandi yon ti jan andedan porositë yo, eksplike pi wo SEI rezistans pou nano-SCE pase ILE (gade pi wo a).Prèv pou yon kouch SEI te jwenn nan spectre IR (fig. S9).Menm jan ak yon kouch SEI nan LiB klasik, ki ekran elektwòd la grafit soti nan elektwolit likid la evite plis reyaksyon, nou kwè ke SEI la isit la tou pwoteje kouch dlo glas la soti nan plis reyaksyon soti nan anod la ityòm metalik.Spectre enpedans anvan ak apre polarizasyon Li/nano-SCE (x = 1.5) pou 10 èdtan pa t 'montre okenn chanjman nan rezistans elektwolit esansyèl.Mezi pèfòmans monte bisiklèt long yo pral nesesè pou eskli siye dousman nano-SCE a pa metal ityòm, men rezilta sa yo deja montre potansyèl li pou ekselan sikilabilite SCE a nan batri eta solid ki baze sou ityòm metal.Men, yo ka konsidere atifisyèl kouch entèfas pou amelyore enpedans koòdone a tout ansanm.

Nou te montre ke pwomosyon kondiksyon ion nan interfaces silica ka reyalize atravè entwodiksyon de yon kouch dlo chemisorbed sou sifas silica OH-tèmine.Anyon TFSI chemisorb sou kouch fonksyonèl dlo sa a atravè lyezon idwojèn ak gwoup simetrik O═S═O.Kouch sifas dlo a se imobil e pakonsekan tou broch kouch TFSI adsorbed nan sifas la.Gwo kations BMP yo asosye ak monokouch TFSI a, kidonk entwodwi lòd molekilè TFSI-BMP sou sifas la.Nou kwè ke jelasyon an dousman nan anviwònman an akeuz ak siye dousman ede nan fòmasyon konsèté nan kouch dlo a fonksyonèl ak kouch nan òganize nan iyon òganik sou tèt li.Kòm premye kouch anyon TFSI a pataje yon pati nan chaj negatif li yo ak silica idroksilatè a, kouch kasyon BMP ki anlè a pral chèche asosyasyon ak yon lòt aniyon TFSI, kidonk plizyè BMP ka pataje chaj san konpansasyon yo ak yon sèl TFSI (presimableman twa a youn tankou nan la). rapò IL ak Li-TFSI nan ILE).Kòm molekil sèl Li-TFSI yo gen apwòch ki pi pre a, iyon Li + yo pral disosye epi yo pral libere pou difizyon rapid sou kouch koòdone sa a.Pou kondiksyon amelyore, espès Li + gratis sa yo bezwen omwen yon kouch likid iyonik adisyonèl pou deplase.Pou rezon sa a, nano-SCE a ak valè a ba x nan 0.5 te montre pa gen okenn konduktivite amelyore, kòm volim nan ILE / silica zòn sifas se ase pou sèlman yon sèl fèmen mono.

Li te montre plis ke dlo sifas ki tankou solid oswa kouch glas pa elektwokimikman aktif.Nan pwen sa a, nou pa ka eskli ke dlo glas la an kontak dirèk ak sifas elektwòd la pa reyaji.Sepandan, nou te montre ke out-difizyon nan dlo sifas la se ralanti e konsa kinetik neglijab pou deteksyon.Nou reyalize ke kontaminasyon dlo, menm si li piti, ap toujou yon enkyetid, epi sèlman tès sik lavi long ka bay yon repons definitif sou si dlo a ase mare.Sepandan, lòt kouch sifas fonksyonèl ki bay pwomosyon sifas ki sanble oswa menm pi gwo kapab kounye a devlope.Nan sans sa a, gwoup Li te deja montre potansyèl la nan yon kouch glycidyloxypropyl kòm yon gwoup fonksyonèl (18).Dlo glas se natif natal nan silica ak Se poutèt sa depreferans adapte yo etidye efè a nan fonksyonalizasyon sifas sou pwomosyon kondiksyon ion sistematik, jan yo te demontre avèk siksè isit la.Anplis de sa, kouch mezofaz la ak dipol li yo pral depann de oksid la ak sou molekil òganik yo adsorbe epi konsa yo ka branche pa tou de.Nan laboratwa a, nou te deja montre gwo diferans nan pwomosyon kondiksyon ion pou diferan likid iyonik.Anplis de sa, prensip yo montre se jenerik nan direksyon kondiksyon ion epi li ka aplike tou pou diferan sistèm ion apwopriye, pou egzanp, pou sodyòm, mayezyòm, kalsyòm, oswa pil aliminyòm ion.An konklizyon, elektwolit nanokonpoze ak kondiksyon koòdone yo montre isit la se yon konsèp olye ke yon sèl materyèl, ki ka pi lwen (nano) Enjenieri pwopriyete vle nan kondiksyon ion, nimewo transpò, fenèt elektwochimik, sekirite, ak pri pou jenerasyon selil batri nan lavni. .

Nano-SCE a te prepare lè l sèvi avèk yon metòd sol-gel.Lityòm bis (trifluorometilsulfonil) imid Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99.95%), 0.5 ml H2O deyonize, 0.5 ml TEOS (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butil-1-methylpyrrolidinium bis (trifluorometilsulfonil) imid (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%), ak 1 ml PGME yo te melanje nan yon flakon an vè.Rapò molè a, x, ant [BMP][TFSI] ak TEOS nan melanj lan te varye ant 0.25 ak 2. Rapò molè Li [TFSI] ak [BMP][TFSI] te fiks nan 0.33:1.Kantite Li[TFSI] ak [BMP][TFSI] yo te detèmine nan rapò sa yo.Pa egzanp, lè x = 1, ajoute [BMP][TFSI] ak Li[TFSI] nan solisyon an te 0.97 ak 0.22 g, respektivman.Melanj yo te souke pou 1 minit pou fòme solisyon monofaz.Lè sa a, solisyon sa yo te estoke nan flakon yo fèmen san yo pa brase yo fòme jèl nan yon chanm tanperati- ak imidite-kontwole (SH-641, ESPEC Corp.) ak tanperati a ak RH% mete nan 25 ° C ak 50%, respektivman.Tou depan de x la, melanj yo te pran, an mwayèn, 5 a 9 jou yo fòme yon jèl klè.Apre jelasyon, flakon yo ki gen 2.4- a 7.4-ml jèl yo te premye cheche nan 40 ° C pou kat jou konplè nan presyon yon ti kras redwi (80 kPa) ak Lè sa a, deplase nan yon fou vakyòm pou 72 èdtan nan 25 ° C.Kòm yo te retire imidite ki rete a, vakyòm nan piti piti diminye soti nan yon presyon inisyal alantou 50 Pa nan yon presyon final konstan nan 5 Pa apre apeprè 1 jou.Akòz gwo kantite dlo ak PGME ki te dwe retire, granules SCE ki te lakòz yo te retresi soti nan 20% (x = 0.5) a ~ 50% (x = 2) nan volim jèl orijinal la.Pwa jèl ki kapab lakòz yo te mezire ak yon balans semimicro (SM 1245Di-C, VWR).

TGA te fèt sou yon Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) anba nitwojèn.Pandan mezi a, echantiyon yo te chofe a 700 ° C nan yon pousantaj chofaj nan 2 ° C / min.Yo te fè espektometri FTIR lè l sèvi avèk yon Bruker Vertex 70 nan nimewo vag ki sòti nan 4000 a 400 cm-1 nan yon mòd transmisyon.Yo te fè piknometri avèk yon Micromeritics AccuPyc II 1340.

Pou mezire konduktiviti iyonik la, yo te pran yon ti volim SCE nan flakon manman an andedan yon bwat gan ki te ranpli avèk Ar (0.1-ppm H2O ak 0.1-ppm O2).Apeprè 23 μl SCE te ranpli nan yon bag polytetrafluoroethylene (PTFE) ak yon dyamèt enteryè 4.34-mm ak 1.57-mm wotè, fòme yon granules.Lè sa a, i grenn nan bag la te sandwich ant de asye pur (SS) disk (0.2 mm epè; MTI).Mezi enpedans yo te fè lè l sèvi avèk PGSTAT302 (Metrohm), ak yon anplitid AC nan 5 mV nan yon seri frekans soti nan 1 MHz a 1 Hz.Yo te detèmine konduktiviti ion (σi) nan entèsepte frekans segondè ak aks reyèl la nan simit Nyquist yo.Apre mezi konduktiviti a, granules nano-SCE yo te pèmèt yo plis sèk deyò nan bwat gan an.Pou mezi depandans tanperati, pil SS/SCE/SS yo te sele nan yon selil pyès monnen.Apre sele, konduktiviti a rete konstan pandan plizyè jou (gade fig. S3).Tanperati selil pyès monnen an kontwole ak yon jakèt tèmik ak yon beny tèmik lè l sèvi avèk H2O / ethylene glycol kòm mwayen k ap travay.Selil yo te premye refwadi a apeprè -15 ° C ak Lè sa a, etap-sajès chofe a 60 ° C.

Soti nan chak grenn nano-SCE, yo te pote apeprè 23 μl nan yon bag (4.34-mm dyamèt enteryè ak 1.57-mm wotè) pou mezi elektrik dirèkteman andedan yon bwat gan N2-plen ak imidite kontwole.Lè sa a, bag la ak SCE a te sandwich ant de disk SS (0.2 mm epè; MTI).Mezi enpedans yo te fè lè l sèvi avèk PGSTAT302 (Metrohm) ak yon anplitid AC nan 5 mV ak frekans sòti nan 1 MHz a 1 Hz kontwole atravè lojisyèl Nova.Echantiyon yo te kenbe nan chak valè RH% pou 48 èdtan anvan yo te kontwole konduktiviti a jiskaske estabilizasyon.Yo te detèmine konduktiviti iyonik estabilize pou yon valè RH% (σi) nan entèsepte frekans segondè ak aks reyèl la nan simityè Nyquist yo.

Tout mezi elektwochimik ak preparasyon echantiyon ki gen rapò a yo te fè nan yon bwat gan plen agon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ak H2O nivo) dedye pou karakterizasyon elektwochimik.

Mòfoloji granules la avèk ak san Li[BMP][TFSI] ILE te tcheke ak SEM lè l sèvi avèk yon zouti Thermo Fisher Scientific Apreo nan 1.5 a 2.0 kV, kidonk opere nan yon mòd imaj detektè doub lè l sèvi avèk detektè T1 ak T2 an paralèl pou ajisteman viv-imaj, epi yo te itilize detektè T2 a pou anrejistre imaj SEM yo montre yo;echantiyon an te fikse sou kasèt kondiktif kabòn.TEM te fè lè l sèvi avèk yon Tecnai opere nan 300 kV.

ILE a te retire nan granules SCE a nan de fason diferan.Yon opsyon pou jwenn silica pore a te fè pa plonje SCE a nan asetòn pou 12 èdtan pou ekstrè Li [BMP][TFSI] ILE a.Sa a te rense repete twa fwa.Lòt opsyon an se pa tranpe SCE a nan etanòl.Nan ka sa a, etanòl la te retire lè l sèvi avèk yon likid CO2 seche pwen kritik.

De zouti diferan yo te itilize pou siye superkritik la, sètadi, Automegasamdri-916B, Tousimis (metòd 1) ak yon zouti koutim pa JASCO Corporation (metòd 2).Lè w ap itilize premye zouti a, sekans siye a te kòmanse ak yon diminisyon nan tanperati desann nan 8 ° C.Imedyatman, CO2 te purge nan chanm lan, ogmante presyon an a 5.5 MPa.Nan etap sa a, CO2 a te chofe a 41 ° C, ogmante presyon an a 10 MPa, epi kenbe kòm sa yo pou 5 min.Pou konkli, nan etap la senyen, presyon an te bese sou yon span tan nan 10 minit.Lè w ap itilize zouti koutim bati a, yo te swiv yon sekans menm jan an.Sepandan, tan an ak presyon diferan anpil.Apre etap purge a, presyon an te ogmante a 12 MPa nan yon tanperati 70 ° C epi li te rete konsa pou 5 a 6 èdtan.Imedyatman, presyon an te diminye nan entèval ki soti nan 12 a 7 MPa, 7 a 3 MPa, ak 3 a 0 MPa sou 10, 60, ak 10 min, respektivman.

Yo te mezire izotèm fizisorpsyon nitwojèn nan T = 77 K lè l sèvi avèk yon analizè karakterizasyon sifas Micromeritics 3Flex.Lè sa a, te jwenn silica pore a soti nan gaz pou 8 èdtan nan 100 ° C anba yon vakyòm 0.1-mbar.Silica ki mouye ki sòti nan siye superkritik yo te outgassed pou 18 èdtan nan 120 ° C anba yon vakyòm 0.1-mbar.Apre sa, izotèm fizisorpsyon nitwojèn yo te mezire nan T = 77 K lè l sèvi avèk yon analizè otomatik adsorption gaz Micromeritics TriStar 3000.

Yo te fè mezi PFG-NMR lè l sèvi avèk yon JEOL JNM-ECX400.Yo te itilize sekans batman kè eko ankouraje pou mezi difizyon yo.Atenuasyon siyal eko nòmalize a, E, dekri nan ekwasyon (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1)kote g se fòs batman kè gradyan an, δ se dire gradyan an. batman kè, ∆ se entèval ki genyen ant bor dirijan nan pulsasyon yo gradyan, γ se rapò a magnetogyric, ak D se koyefisyan nan oto-difizyon nan molekil yo.Koefisyan oto-difizyon yo te estime pa anfòm siyal eko yo te jwenn lè yo chanje ∆ ak Eq.1. 7Li te chwazi pou detèmine koyefisyan difizyon ion ityòm.Tout mezi yo te fè nan 30 ° C.

Konfigirasyon espektroskopi Raman la se te yon sistèm endijèn ki te itilize yon ion agon ki kapab branche sou yon limyè eksitasyon lazè 458-nm ki te makonnen nan yon mikwoskòp envèse Olympus IX71, epi limyè ki te gaye nan do yo te pase nan yon konfigirasyon espektwomèt trip TriVista (Princeton Instruments). ), ki te itilize pou dispèse siyal optik ke yo detekte lè l sèvi avèk yon kamera aparèy likid ki refwadi ak chaj makonnen.Bay gwo absorpsyon optik nan longèdonn sa yo, yo te itilize pouvwa lazè relativman ba pou evite chofaj lazè (<100 W·cm-2).

DFT optimize jeyometri eta atè ak kalkil frekans analyse itilize popilè B3LYP ibrid fonksyonèl ak 6-311++G** seri baz, ak koreksyon dispèsyon atòm-pè Grimme a (39) ak konplo amortissement Becke-Johnson (D3BJ), kòm aplike nan ORCA 3.0.3 (40).Raman spectre yo te simulation lè l sèvi avèk ORCA, ak vizyalizasyon nan pwopriyete molekilè yo te reyalize lè l sèvi avèk pake lojisyèl Avogadro (41) ak aktyalizasyon nan ORCA-sipòte.

Tout mezi elektwochimik ak preparasyon echantiyon ki gen rapò a yo te fè nan yon bwat gan plen agon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ak H2O nivo) dedye pou karakterizasyon elektwochimik.Yo te plase granul SCE a sou yon riban Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) ki te sipòte sou yon plak kòb kwiv mete kòm elektwòd vann san preskripsyon an ak de disk Li (5-mm dyamèt) te mete sou tèt i grenn SCE a pou referans ak travay. elektwòd.Yo montre konfigirasyon an nan fig.S7.Broch lò yo te itilize pou kontakte referans ityòm ak elektwòd k ap travay.Voltametri siklik ak mezi enpedans yo te fè lè l sèvi avèk PGSTAT302 (Metrohm) kontwole atravè lojisyèl Nova.Voltametri siklik te fè ak yon to eskanè 20 mV / s.Mezi enpedans yo te fè ak yon anplitid AC nan 5 mV ak frekans sòti nan 1 MHz a 0.1 Hz.

Yon lektwòd fim mens 40-nm anatase TiO2 te depoze pa depozisyon kouch atomik (ALD) sou yon wafer Silisyòm 300-mm ak yon kouch 40-nm TiN tou depoze pa ALD.Li se yon elektwòd tès ekselan pou demonstrasyon konduktiviti Li-ion atravè elektwolit yo, kòm TiO2 pa soufri soti nan degradasyon chimik ni estrès mekanik (pa gen okenn chanjman volim enpòtan) pandan monte bisiklèt.Pou mezire selil Li/SCE/TiO2 a, ILE-SCE yo te ranpli nan yon bag PTFE ak yon dyamèt 4.3 mm ak yon epesè 0.15 cm;Lè sa a, bag la te sandwich ant yon papye Li ak fim nan TiO2.

Nano-SCE / mens-fim elèktrik mwatye pil, ak elektwòd LMO a, yo te fabrike pa sentèz fim nan nano-SCE sou elektwòd yo.Yon total de 150 μl nan x = 1.5 solisyon, ki gen laj pou 2 jou, te gout-casted nan yon bag vè (dyamèt, 1.3 mm) monte sou fim yo elektwolit.Lè sa a, bag la te sele ak parafilm, epi yo te solisyon an kenbe nan tankou yon veso sele nan jèl pou 4 jou.Pile jèl/elektwòd ki te fòme a te cheche pou fòme pil nano-SCE/elektwòd.Epesè nano-SCE a, detèmine lè l sèvi avèk yon mikromèt, te 300 μm.Denye, yon papye ityòm (1.75 mm epè, 99.9%; Sigma-Aldrich) te bourade sou pil nano-SCE / elektwòd kòm anod la.Lektwòd fim mens LiMn2O4 (LMO) 100-nm la te depoze pa sputtering frekans radyo anba koule Ar sou yon wafer Silisyòm kouvwi ak 80-nm Pt (DC sputtering) / 10-nm TiN (ALD).Pile sa a te rkwit pou 20 min nan 800 ° C nan atmosfè oksijèn.

LiFePO4 (LFP) fim elektwòd yo te prepare pa kouch lam.Premyèman, nwa kabòn ak LFP (2 a 3 μm) yo te ajoute nan yon solisyon akeuz ki gen carboxymethylcellulose (CMC) yo fòme yon melanj ki te apre sa omojeneize lè l sèvi avèk yon mixer planetè.Lè sa a, pwodwi omojènize a te melanje ak dlo deyonize ak yon an latèks Acrylic fliyò (JSR, TRD202A) nan yon mixer vakyòm pou fòme yon sispansyon pou kouch elektwòd.Yo te jete sispansyon an prepare sou papye aliminyòm pou depoze fim elektwòd lè l sèvi avèk yon coater lam.Elektwòd mouye tankou kouvwi sa yo te imedyatman precheche nan yon dife pou chofe fou atmosferik ak lè kowonpi nan 70 ° C pou 10 min epi yo te plis cheche nan 140 ° C pou 4 èdtan nan yon fou vakyòm.Fim elektwòd sèk yo te konpoze de 91 wt% LiFePO4, 3 wt% nwa kabòn, 2 wt% CMC, ak 4 wt% TRD202A.Epesè fim nan se 30 μm (detèmine lè l sèvi avèk yon mikwomèt ak optik mikwoskòp elektwon).

Li4Ti5O12 (LTO) fim elektwòd yo te fè sou papye kwiv nan menm fason an.Konpozisyon an nan elektwòd sèk se 85 wt% Li4Ti5O12, 5 wt% nwa kabòn, 5 wt% CMC, ak 5 wt% an latèks fliyò Acrylic (TRD2001A).Epesè fim nan se 40 μm.

Solisyon SCE te jete sou fim nan LFP ak LTO elektwòd ki baze sou patikil.Premyèman, 100 μl nan x = 1.5 solisyon, ki gen laj pou 2 jou, te gout-casted sou yon fim elektwòd, ak yon dyamèt 15 mm, mete yo nan yon selil pyès monnen (#2032, MTI).Apre SCE enpreye a te gelled, fim nan te cheche nan 25 ° C pou 72 èdtan nan yon fou vakyòm (<5 × 10-2 mbar) fè nano-SCE a ak pil elektwòd.Nano-SCE epesè a te 380 μm.Anfen, yo te peze yon papye ityòm sou pil SCE/elektwòd yo kòm anod la, epi selil pyès monnen an te sele.Mezi elektwochimik yo te fè lè l sèvi avèk yon potentiostat Solartron 1470E nan tanperati chanm.

Materyèl siplemantè pou atik sa a disponib nan http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

Tablo S1.Pwopriyete estriktirèl nan matris silica nan nano-SCE a pou ogmante fraksyon molè nan likid iyonik nan silica (x valè) detèmine nan N2 adsorption / desorption oswa mezi BET ak obsèvasyon TEM.

Sa a se yon atik aksè ouvè ki distribye dapre kondisyon lisans Creative Commons Attribution-NonCommercial, ki pèmèt itilizasyon, distribisyon, ak repwodiksyon nan nenpòt mwayen, toutotan itilizasyon rezilta a pa pou avantaj komèsyal epi depi travay orijinal la byen. site.

REMAK: Nou mande adrès imel ou sèlman pou moun w ap rekòmande paj la konnen ke ou te vle yo wè li, e ke se pa lapòs indésirable.Nou pa pran okenn adrès imel.

Kesyon sa a se pou teste si wi ou non ou se yon vizitè imen ak pou anpeche otomatik soumèt spam.

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

Tan poste: 15 jiyè 2020