Transisi menyang baterei Li-ion solid-state bakal ngaktifake kemajuan menyang kapadhetan energi 1000 W·jam/liter lan ngluwihi.Komposit saka matriks oksida mesoporous sing diisi karo pangisi elektrolit cair ionik nonvolatile wis ditliti minangka pilihan elektrolit padat.Nanging, kurungan solusi elektrolit sing prasaja ing jero pori-pori ukuran nanometer nyebabake konduktivitas ion luwih murah amarga viskositas mundhak.Ing kene, kita nduduhake yen konduktivitas Li-ion nanokomposit sing kasusun saka monolit silika mesoporous kanthi pengisi elektrolit cair ion bisa kaping pirang-pirang luwih dhuwur tinimbang elektrolit cair ionik murni liwat introduksi lapisan es antarmuka.Adsorpsi sing kuat lan urutan molekul cairan ionik ndadekake dheweke ora bisa obah lan kaya padhet kayadene lapisan es antarmuka dhewe.Dipole liwat lapisan mesophase adsorbate nyebabake solvasi ion Li + kanggo konduksi sing luwih apik.Prinsip sing dituduhake kanggo nambah konduksi ion bisa ditrapake ing sistem ion sing beda.

Elektrolit solid-state wis samesthine kanggo nyedhiyani ngedongkrak sabanjuré kanggo baterei Li-ion ngluwihi langit-langit praktis 800 W · jam / liter utawa 300 W · jam / kg dileksanakake ing katoda lan anoda chemistries saiki kasedhiya.Kapadhetan energi sing dikarepake kanggo baterei solid-state asale saka sawetara kontribusi, kabeh target nambah volume persen bahan aktif ing sel.Sing paling umum yaiku introduksi logam litium kanggo ngganti grafit lan grafit / silikon minangka anoda.Logam lithium murni nduweni kapadhetan energi paling dhuwur lan mbutuhake papan sing paling sithik.Nanging, akeh masalah sing isih kudu dirampungake, kayata reaksi sing ora bisa dibatalake (lan kanthi mangkono konsumsi) logam lithium, pembentukan dendrit, paningkatan kerapatan arus efektif kanggo foil lithium planar dibandhingake karo elektroda grafit (silikon) keropos, lan, pungkasan. nanging paling ora, ing "ilang" saka lithium sak discharge (deplating) lan kanthi mangkono mundhut saka kontak karo elektrolit ngalangi.Sifat mekanik elektrolit padat keramik sing kaku pancen ora kepatuhan, lan tekanan ekstrim kudu ditrapake kanggo mencet litium kanthi kuat marang komponen elektrolit padat.Titik tekanan diskrèt ngedhunake area permukaan sing efektif, nyebabake pembentukan dendrit lokal lan deposit spons.Elektrolit polimer luwih tundhuk sacara mekanis nanging durung nuduhake konduktivitas ion sing cukup dhuwur ing suhu kamar.Bahan anyar sing menarik banget babagan iki yaiku elektrolit gel silika, sing uga diarani "ionogel," ing ngendi elektrolit cair ion (ILE) dikurung ing matriks silika nanoporous (1).Porositas sing dhuwur banget saka matriks silika (70 nganti 90%) menehi bahan elektrolit nanokomposit iki konsistensi kaya gel lan kanthi mangkono nggawe mekanis tundhuk karo elektrolit polimer.Gel silika iki kadhangkala dituduhake minangka elektrolit padat hibrida, amarga ngandhut cairan.Nanging, kanggo nanokomposit silika, kaya sing diterangake ing kertas iki, elektrolit "cair" ion dadi kaya padat nalika dikurung ing saluran ukuran nanometer kanthi nambah viskositas lan adsorpsi ing tembok silika sing nutupi saluran.Yen matriks silika mung tumindak minangka pemisah keropos, mula mundhake viskositas kanggo elektrolit cair sing dikurung bakal nyebabake nyuda konduktivitas ion.Nanging, interaksi antarane molekul ILE lan tembok pori silika nggawe sifat nanokomposit beda saka jumlah komponen individu.Adsorpsi cairan ion ing oksida kanthi pembentukan lapisan mesophase padhet nganti sawetara nanometer kanthi kekandelan wis ditampilake ing permukaan planar kanthi mikroskop gaya atom (2).Adsorpsi selektif anion lan kation cair ion ing permukaan oksida bisa nyebabake konduktivitas Li + sing luwih apik ing antarmuka kasebut.Mesthi, penambahan ing sadawane antarmuka oksida kudu ngimbangi utawa malah ngluwihi konduktivitas sing mudhun liwat ILE sing diwatesi ing inti pori.Mula, ukuran pori sing luwih cilik lan rasio permukaan-kanggo-volume sing dhuwur dikarepake.Nganti saiki, ionogel kanthi konduktivitas ion nyedhaki ILE dhewe wis dituduhake kanthi optimalisasi struktur mesoporous (3).Iki tegese penambahan antarmuka wis ana nanging ora nganti ngluwihi konduktivitas akeh.

Preparasi ionogel diwiwiti saka campuran cairan homogen, ing endi ILE ditambahake menyang larutan prekursor sol-gel kanggo sintesis matriks oksida (4, 5).Ing cara iki, ILE lan matriks mbentuk gabungan ing "in situ" cara: Prekursor ing solusi reaksi kanggo mbentuk matriks oksida watara cithakan Cairan ion, encapsulating ing proses.Ing kahanan sintesis tartamtu, ILE-SCE sing disiapake (elektrolit komposit padat) bisa dadi monolit kanthi ILE sing dipasang ing jaringan oksida anorganik mesoporous sing terus-terusan.Nganti saiki, umume ILE-SCE berbasis silika wis disiapake kanthi cara iki, sanajan conto uga digawe karo alumina (6), titania (7), lan uga oksida timah (8).Umume formulasi sol-gel sing dilapurake ngemot ILE, alkil-silikat kayata tetraethyl orthosilicate (TEOS) minangka prekursor silika, lan asam format minangka reagen lan pelarut (9, 10).Miturut mekanisme sing diusulake (11) kanggo proses sol-gel iki, silika utamane diprodhuksi dening reaksi antara TEOS lan asam format, sanajan banyu diasilake sajrone proses sol-gel.Saliyane campuran "nonaqueous" adhedhasar asam format iki, formulasi sol-gel banyu kanthi HCl minangka katalis lan H2O minangka reagen (ditambah pelarut organik) uga wis diterangake, nanging ing kasus tartamtu iki kanggo sintesis komposit silika karo mung cairan ion (12-15).

Biasane, ionogel nuduhake konduktivitas ion luwih murah tinimbang referensi ILE.Ionogel generasi pisanan nduweni konduktivitas suhu kamar biasane mung udakara 30 nganti 50% saka nilai ILE akeh, sanajan sawetara conto sing nganti 80% wis dilaporake (9, 10, 16, 17).Pengaruh isi ILE lan morfologi pori sing diasilake marang konduktivitas ionogel wis diteliti kanthi rinci (3);Nanging, ora ana studi sistematis babagan efek penambahan antarmuka sing dingerteni.Wu et al.(18) bubar dilaporake babagan ionogel fungsional in situ, sing uga menehi peningkatan konduktivitas dibandhingake karo ILE akeh.Peningkatan kasebut amarga interaksi antara anion lan gugus fungsi 3-glycidyloxypropyl ing permukaan silika.Temuan iki ndhukung ide manawa fungsionalisasi permukaan bisa ningkatake promosi konduksi antarmuka.

Ing karya iki, kita nduduhake pambentukan in situ saka lapisan banyu es sing padhet ing silika lan rinci mekanisme konduksi Li-ion antarmuka kanthi interaksi dipol sing tambah antarane lapisan fungsional es permukaan lan lapisan mesophase cair ion sing diserap.Kanthi kombinasi area permukaan internal sing dhuwur lan lapisan fungsional es sing padhet, elektrolit nanokomposit padhet (nano-SCE) kanthi konduktivitas Li-ion 200% luwih dhuwur tinimbang referensi ILE akeh.Matriks silika dituduhake nduweni struktur mesoporous monolitik sing sejatine kanthi volume pori lan area lumahing nganti 90% lan 1400 m2/g, saéngga nyedhiyakake rasio permukaan-kanggo-volume sing ekstrem ngidini kontribusi gedhe kanggo nambah konduksi ing antarmuka kasebut.Kanthi fungsionalisasi permukaan silika sing dioptimalake digabungake kanthi maksimalake rasio permukaan-kanggo-volume, nano-SCE kanthi konduktivitas ion sing luwih saka 10 mS/cm potensial bisa direkayasa lan kanthi mangkono menarik banget kanggo baterei kapasitas gedhe kanggo aplikasi otomotif.

Fokus kertas kita yaiku mekanisme konduktivitas antarmuka sing ditingkatake liwat pembentukan lapisan mesophase kanthi bukti saka Raman, Fourier transform infrared (FTIR), lan spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR).Stabilitas antarmuka materi nano-SCE kita ing voltase dhuwur dituduhake nggunakake elektroda lithium manganese oxide (LMO) film tipis.Kanthi cara iki, fokus njaga materi tinimbang ing integrasi elektroda lan masalah perakitan sel.Kajaba iku, jendhela elektrokimia lan stabilitas nglawan foil logam lithium wis ditondoi kanthi lengkap.Fungsionalitas lan integrasi nano-SCE kita dituduhake liwat tes perakitan lan tingkat kinerja sel lithium iron fosfat (LFP) lan sel lithium titanate (LTO).Stabilitas elektrolit kita lan ora aktif elektrokimia banyu es ditampilake liwat siklus jangka panjang sel Li-SCE-Li simetris.Optimasi kapadhetan energi, kinerja tingkat, lan kinerja siklus sel sing wis dirakit kanthi lengkap bakal dadi fokus kertas tindak lanjut (19, 20).

Promosi konduktivitas ion antarmuka ing sistem komposit rong fase wis dikenal meh 90 taun (21).Contone, nganti patang urutan kenaikan konduktivitas ion wis ditampilake kanggo komposit uyah lithium prasaja kayata lithium iodide karo partikel oksida mesoporous kayata silika utawa alumina dibandhingake karo konduktivitas ion elektrolit uyah lithium murni (22).Ion ing SCE iki bisa nyebar luwih cepet ing sadawane lapisan dobel listrik sing kurang ion Li (utawa kaya lowongan) sing dibentuk ing antarmuka oksida/elektrolit.Sayange, konduktivitas ion sing dipikolehi ing komposit padat-padat anorganik loro-komponen prasaja iki (1) ora ngluwihi ambang 1-mS/cm2 sing dibutuhake kanggo nyepetake jarak sawetara atus mikrometer antarane piring kolektor saiki ing baterei Li-ion. .Konsep doping heterogen karo matriks oksida kanggo insinyur konduktivitas ion uga wis ditliti kanggo elektrolit polimer (23) lan ILE (24), sing nduweni konduktivitas ion intrinsik sing luwih dhuwur kanggo diwiwiti.Kajaba iku, kimia molekuler (stereo) sing sugih saka komponen katelu mbukak mekanisme konduksi ion tambahan, amarga molekul kaya pelarut polar (di) bisa melu ing pambentukan lapisan ganda listrik.Nalika tumindak pelarut gugus eter ing elektrolit polimer polietilen oksida nyedhiyakake konduktivitas ion solid-state ~10-6 S/cm kanggo LiClO4 nganti ~10-5 S/cm kanggo LiN(SO2CF3)2, komposit karo silika, alumina. , utawa nanopartikel titania pancen bisa nyedhiyakake paningkatan luwih saka 10 kali lipat ing konduktivitas ion sing diukur (25), sayangé, isih ana ing sangisoré ambang suhu kamar 1 mS/cm.Solusi ILE minangka campuran saka solute uyah Li lan pelarut cair ion, sing bisa nduweni konduktivitas ion intrinsik dhuwur antarane 0,1 lan 10 mS/cm (26, 27).Sawetara upaya wis ditindakake kanggo nambah konduktivitas ion kanthi nyampur utawa nggawe gel karo nanopartikel oksida utawa mbatesi ILE ing mikropartikel mesoporous (9, 16, 28, 29).Nanging, nganti saiki, ora ana paningkatan konduktivitas ion sing diamati kanggo komposit Li-salt/ionik/oksida telung komponen (anjir. S1).Sanajan panggunaan mikropartikel silika mesoporus ngasilake konduktivitas sing luwih dhuwur tinimbang komposit karo nanopartikel padat, area permukaan antarmuka lan promosi konduksi ion ora cukup kanggo ngluwihi konduktivitas ILE massal.

Silika mesoporous minangka bahan kondhang sing digunakake ing katalisis.Biasane digawe dening sintesis sol-gel hidrotermal utawa prasaja.Proses hidrotermal biasane nyebabake bubuk mesoporous, nanging kanthi kontrol sing ati-ati ing proses sol-gel suhu kamar, monolith kaca keropos gedhe utawa aerogel uga wis diprodhuksi.Matriks silika dibentuk liwat reaksi hidrolisis lan kondensasi saka tetra-alkil orthosilicates (30).Kunci kanggo ngontrol struktur pori yaiku nggunakake cithakan, contone, micelle jinis surfaktan, ing saubengé matriks silika dibentuk.Nalika cairan ion ditambahake minangka molekul templating, matriks silika terhidrasi berinteraksi karo cairan ionik, mbentuk gel, lan sawise ngobati lan garing, cairan ionik dikurung ing matriks silika nanoporous padhet (13).Nalika uyah lithium ditambahake minangka komponen katelu, ILE sing dikurung ing matriks silika mbentuk elektrolit gel silika, sing uga diarani ionogel (24).Nanging, nganti saiki, elektrolit gel silika iki nuduhake konduktivitas nyedhaki ILE akeh nanging ora ngluwihi, kajaba kanggo siji kasus ing ngendi silika wis difungsikan kanthi kimia (pirsani Pambuka) (18).

Ing kene, kita nuduhake, promosi sistematis konduktivitas Li-ion nanokomposit sing ngluwihi ILE murni.Contone 1-butil-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) digunakake ing kene.Punika postulated sing adsorption saka molekul Cairan ion ing lumahing silika OH-terminated dipun promosiaken dening ngarsane lapisan banyu es antarmuka.Ikatan hidrogen sing kuwat ing antarane banyu es lan anion TFSI− ngindhuksi urutan molekuler saka cairan ionik, padha karo domain sing diurutake kanthi spontan ing cairan ionik (31).Bentenane utama karo domain sing dibentuk kanthi acak ing ILE akeh yaiku lapisan es minangka lapisan fungsional sing (i) ngindhuksi urutan molekul ing permukaan oksida lan (ii) ngenalake ikatan H sing cukup kuat kanggo ngindhuksi dipol ngeculake Li + gratis. kanggo konduksi ditingkatake.Sabanjure kanggo nambah konsentrasi Li + gratis, kita bakal nuduhake yen energi aktivasi kanggo difusi luwih murah ing sadawane antarmuka komposit kanthi lapisan ILE sing diserap lan lapisan banyu es.

Lapisan banyu permukaan sing kandel sawetara monolayer ing silika minangka lapisan sing kaya padhet, amarga kaiket banget karo gugus silanol liwat jembatan H lan mula uga diarani lapisan es (32).Kapadhetan lan kekandelan (kira-kira nganti telu nganti papat monolayer, kanthi ~ 0,25 nm saben es monolayer) ana ing keseimbangan termodinamika kanthi tekanan banyu parsial [asor relatif (RH)] ing lingkungan (anjir. S2).Kita nuduhake yen konduktivitas ion mundhak kanthi kekandelan lapisan banyu es amarga ikatan hidrogen karo lapisan ion adsorbed uga mundhak.Lapisan banyu es stabil kaya banyu kristal ing senyawa kimia.Iki kontras banget karo elektrolit banyu sing super konsentrasi utawa sing diarani banyu ing campuran uyah, ing ngendi jendhela elektrokimia digedhekake sacara drastis nanging, pungkasane, banyu isih aktif sacara elektrokimia (33).

Beda karo resep ionogel sing dikatalisis asam format, kita nggunakake campuran pH 5 sing entheng kanthi banyu sing berlebihan lan PGME (1-methoxy-2-propanol) sing ditambahake menyang prekursor TEOS kanthi uyah Li-TFSI lan cairan ionik BMP-TFSI.Ing pH iki, reaksi hidrolisis alon, dene kondensasi luwih apik (30).Ion Li diyakini minangka katalis kanggo reaksi hidrolisis, amarga ora ana gelation sing ora ana uyah litium nalika loro-lorone duwe pH sing padha yaiku 5. Rasio molar cairan ionik kanggo TEOS (lan kanthi mangkono gugus silika) yaiku dituduhake minangka nilai x lan mawarni-warni antarane 0,25 lan 2. Rasio molar saka BMP-TFSI kanggo Li-TFSI katahan ing 3 (cocog karo 1 M solusi Li-ion).Pangatusan alon perlu kanggo njaga integritas struktur struktur monolit (pirsani Bahan lan Metode).Gambar 1A nuduhake foto pelet monolitik sing dipikolehi sawise pangatusan vakum.Pangatusan vakum 72 jam cukup kanggo mbusak kabeh kelembapan menyang titik ing ngendi kabeh banyu gratis dibuwang nalika lapisan banyu es sing diserap tetep utuh, kaya sing dikonfirmasi dening FTIR.Ora ana getaran kanggo banyu gratis sing dideteksi ing 1635 cm−1 ing salah sawijining conto sawise langkah pangatusan vakum (Gambar 2).Kanggo mbandhingake, spektrum FTIR kanggo sampel nano-SCE (x = 1.5) sing disimpen 1 minggu ing kothak sarung tangan N2 ing 60% RH ditampilake.Ing kasus iki, puncak banyu gratis sing cetha katon.Kabeh conto, ing tangan liyane, nuduhake sinyal sing jelas kanggo fungsionalisasi permukaan silanol (Si─OH mlengkung antarane 950 lan 980 cm−1) lan lapisan banyu es adsorbed (O─H mulet ing ~3540 cm−1) terikat klompok lumahing ─OH dening H-ikatan (rincian liyane ngisor).Bobot kasebut ditimbang sadurunge lan sawise langkah pangatusan kanggo ngukur banyu sing ditahan ing nano-SCE (tabel S1).Mengko, kita bakal ngetung jumlah monolayers cocog saka lapisan es permukaan-bound saka keluwihan bobot.Pelet-pelet vakum digawa menyang kothak sarung tangan [<0,1-ppm (bagean saben yuta) H2O] lan disimpen ing vial sing ditutup kanggo njaga isi banyu asli.Volume cilik dijupuk saka pelet kanggo karakterisasi luwih lanjut.

(A) Gambar rong pelet nano-SCE (kiwa) sing disintesis ing vial;sawise gelation, pelet transparan dijupuk.Elinga yen pelet kanthi transparan lan mulane diwenehi warna biru kanggo visibilitas.Nalika ILE dibusak, pelet putih rapuh tetep kanggo matriks silika sing keropos banget (tengen).(B) Scanning electron microscopy (SEM) gambar saka matriks SiO2 sing tetep sawise mbusak ILE.(C) Zoom gambar ditampilake ing (B) nggambarake sifat mesoporous saka materi matriks karo sawetara macropores.(D) Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) nuduhake kemasan padhet saka nanopartikel silika 7- nganti 10-nm minangka blok bangunan saka bahan matriks keropos.(E) Porositas struktur matriks diplot kanggo rasio molar beda saka ILE babagan SiO2 (nilai x).Garis putus-putus menehi porositas teoretis sing ditemtokake saka fraksi volume ILE lan silika.Sampel sing dibilas aseton (kotak ireng) dikeringake ing udhara, sing menehi ambruk sebagian saka struktur kanggo x> 0,5.Pengeringan CO2 superkritis nano-SCE sing dibilas etanol (bunderan ijo) nyegah ambruk nganti x = 2 kanggo mbusak CO2 sing luwih alon (bunder mbukak).BET, Brunauer-Emmett-Teller.Kredit foto: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) Spektrum IR nano-SCE minangka pepe ing vakum (ireng) lan salajengipun pepe ing kothak sarung tangan karo 0,0005% RH kanggo 9 dina (biru) lan kapapar 30% RH kanggo 4 dina (abang) lan kanggo 60 % RH kanggo 8 dina (ijo), mungguh.au, unit sembarang.(B) Voltammogram siklik tumpukan Li/SCE/TiN kanthi nilai x 1,0 (biru), 1,5 (ijo), lan 2,0 (abang) lan referensi ILE (ireng);inset nuduhake saiki ing skala logaritma.(C) Voltammogram siklik Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 tumpukan (abang), ILE (ireng titik), lan ILE spiked kanthi 5 bobot % (wt %) H2O (garis biru putus-putus);ing (B) lan (C), pangukuran karo ILE lan ILE karo H2O ditindakake ing konfigurasi telung elektroda karo TiN minangka elektroda kerja lan Li minangka elektroda counter lan referensi.SCE dikeringake suwene 2 dina ing kothak sarung tangan sawise pangatusan vakum.

Konduktivitas ion (σi) saka nano-SCE anil vakum kita tambah kanthi fraksi volume ILE (nilai x) minangka kanggo komposit partikel (anjir. S1).Nanging, ing kasus iki, konduktivitas ion ngluwihi ILE murni dhewe kanthi luwih saka 200% kanggo nilai x paling dhuwur (Gambar 3).Salajengipun, katergantungan suhu nano-SCE kanthi konduktivitas ion sing ditingkatake nuduhake prilaku sing beda tinimbang ILE murni: Dene Li-TFSI ing BMP-TFSI ILE nuduhake owah-owahan sing jelas ing konduktivitas lan energi aktivasi (slope) ngubengi leleh. titik campuran ing 29 ° C, nano-SCE karo konduktivitas meningkat ora.Nanging, iki nuduhake variasi terus-terusan ing σi kanthi suhu, nuduhake yen jinis fase utawa mesophase sing durung dingerteni sadurunge dibentuk, sing banjur tanggung jawab kanggo konduktivitas sing ditingkatake.Kajaba iku, slope sing luwih cilik lan energi aktivasi sing luwih murah kanggo difusi kanggo nano-SCE dibandhingake karo ILE nuduhake sifat materi sing beda (anjir. S3).Punika postulated sing interaksi kuwat antarane molekul Cairan ion lan lapisan es ngalangi ing scaffold silika tanggung jawab kanggo prilaku mesophase diamati, minangka bakal rembugan karo model ngajokaken ing ngisor iki.

(A) Ketergantungan suhu konduktivitas nano-SCE sing dikeringake suwene 8 dina ing kothak sarung tangan (GB) kanthi nilai x 2 (kotak ireng), 1,75 (bunder oranye), 1,5 (segitiga biru), lan 1,0 (segitiga ijo). ) lan referensi ILE (kotak terbuka).(B) Konduktivitas nano-SCE uga dikeringake ing GB sajrone 0 dina (kotak ijo), 10 dina (segitiga ireng), lan 138 dina (segitiga biru).(C) Konduktivitas versus root kuadrat wektu pangatusan nano-SCE kanthi nilai x 2 (kotak ireng), 1,5 (segitiga biru), 1,0 (segitiga ijo), lan 0,5 (berlian coklat).(D) Konduktivitas nano-SCE kanthi x = 2 (kotak ireng), 1,5 (segitiga biru), lan 1,0 (segitiga ijo) sing kapapar ing kamar kelembapan sing diisi N2.

Atmosfer argon ing kothak sarung tangan ngemot kurang saka 0,1 ppm banyu, sing cocog karo 0,0005% RH, tekanan banyu parsial 0,01 Pa, utawa titik embun -88 ° C.Amarga jumlah lapisan banyu sing diserap ing silika sing diakhiri silanol ana ing keseimbangan karo tekanan parsial banyu (anjir. S2), banyu permukaan bakal alon-alon nyebar metu saka nano-SCE lan sublimate ing pinggir.Gambar 3C nuduhake owah-owahan ing konduktivitas kanggo 23 μl nano-SCE minangka fungsi saka wektu panggonan ing kothak sarung tangan.Konduktivitas ion suda kanthi pangatusan nganti jenuh ing nilai sing cocog karo permukaan silika ing keseimbangan kanthi tekanan parsial banyu 0,01 Pa ing kothak sarung tangan.Sanajan ing kahanan garing banget saka kothak sarung tangan, paling ora ana monolayer parsial banyu adsorbed ing silanol, amarga spektroskopi Raman isih nuduhake sinyal ing 3524 cm−1, sing khusus kanggo monolayer pisanan banyu adsorbed ing silanol. (Gambar 4B).Konduktivitas ion ing kahanan jenuh luwih murah tinimbang ILE individu ing kabeh kasus.Mula, paningkatan ora cukup kanggo ngimbangi mundhut konduktivitas ion saka ILE sing dibatasi ing inti pori.

(A) Spektrum IR nano-SCE kanthi nilai x 1.5 (abang), referensi ILE (ireng), lan SiO2 (biru), nuduhake yen klompok O═S═O (1231 cm−1) melu ing interaksi karo gugus OH ing permukaan silika.(B) Spektrum Raman nano-SCE kanthi nilai x 2 (ireng), 1,5 (abang), lan 0,5 (biru), nuduhake anané banyu es sing diikat ing silika sing diakhiri silanol sanajan nano-SCE cedhak jenuh (0,0005). % RH) ing kothak sarung tangan (30 dina).(C) Model sing diusulake kanggo interaksi antarmuka ing nano-SCE kanthi disosiasi Li-TFSI dadi Li + gratis amarga anion TFSI-anion nuduhake bagean muatan negatif karo lapisan es-TFSI-BMP sing diserap;werna makili unsur beda karo ungu (silikon), abang (lithium), kuning peteng (sulfur), oranye (oksigen), biru (nitrogen), putih (hidrogen), lan ijo (fluorine).Garis putus-putus ungu nggambarake ikatan hidrogen ing antarane gugus O═S anion TFSI lan gugus OH permukaan silika terhidroksilasi.Ion Li+ sing dibebasake dening dipol liwat lapisan adsorbed bisa migrasi liwat lapisan cairan ion seluler utawa kasebar ing ndhuwur lapisan antarmuka.Elinga yen gumantung saka kekuatan ikatan hidrogen lan muatan sing padha ing silika, sawetara lapisan adsorbed bisa uga dibentuk.Spektrum lengkap ditampilake ing anjir.S8.

Pengamatan sing menarik yaiku hubungan linear karo oyod kuadrat wektu pangatusan kaya sing dituduhake ing Fig. 3C, nuduhake yen owah-owahan konduktivitas sebanding langsung karo owah-owahan jumlah banyu es adsorbed ing silika lan mbusak banyu permukaan iki. difusi winates.Elinga yen "pangatusan" mung ana ing lingkungan sing mbukak ing ngendi RH luwih murah tinimbang kanggo lapisan es keseimbangan.Konduktivitas kasebut ora owah, contone, ing sel koin sing ditutup sing digunakake kanggo pangukuran gumantung suhu.

Katergantungan suhu nano-SCE diukur kanggo macem-macem wektu pangatusan ing kothak sarung tangan.Nalika konduktivitas nano-SCE garing nyedhaki ILE, profil σi versus 1/T kontinyu kanggo konduktivitas mesophase mboko sithik diganti dadi profil kanggo ILE, maneh ngungkapake penurunan ing sekitar titik leleh (anjir. S3).Observasi iki luwih ndhukung asumsi yen lapisan es tumindak minangka lapisan fungsional kanggo interaksi antarmuka karo ILE, nyebabake prilaku mesophase ing nano-SCE.Mula, nalika lapisan fungsional dicopot, ILE dadi mung dikurung ing membran oksida mesoporous.

Pangukuran saka jendhela stabilitas elektrokimia konfirmasi yen banyu es ing nano-SCE stabil, amarga ora ana puncak kanggo ngurangi banyu utawa oksidasi sing diamati ing elektroda TiN inert (Gambar 2) utawa ing elektroda film tipis TiO2, sing tumindak liya. minangka elektro-katalis kanggo reduksi banyu.Nanging, stabilitas elektrokimia nano-SCE meh padha karo ILE lan kanthi mangkono diwatesi dening oksidasi TFSI- ing potensial elektroda> 4.3 V lan pangurangan TFSI- lan BMP + ing potensial <1 V versus Li+/Li. (33).Kanggo mbandhingake, voltammogram ditampilake kanggo ILE kanthi 5 bobot % (wt%) banyu ditambahake (isi sing padha karo sawetara nano-SCE; deleng tabel S1).Ing kasus iki, cabang katodik kanggo reduksi banyu diukur langsung sawise puncak interkalasi Li anatase ing 1,5 V versus Li +/Li.

Stabilitas termal lan (elektro) kimia nano-SCE biasane ditemtokake dening pengisi ILE.Analisis Thermogravimetric (TGA) nuduhake stabilitas termal saka SCE lan ILE nganti 320 ° C, preduli saka rasio ILE-kanggo-silika (anjir. S4).Ing ndhuwur suhu iki, Li-TFSI lan BMP-TFSI terurai kanthi lengkap dadi komponen sing molah malih, lan mung matriks silika sing tetep watara 450°C.Persentase massa sing isih ana sawise dekomposisi termal pancen cocog banget karo fraksi silika ing SCE.

Nano-SCE ora nuduhake microstructure cetha ing scanning elektron mikroskop (SEM) kajaba lumahing Gamelan karo sawetara silika patch peeking metu (anjir. S5).Kapadhetan spesifik saka SCE ditemtokake karo piknometer helium lan watara 1,5 g/cm3 kanggo kabeh nilai x (tabel S1).Matriks silika lengkap dicethakaké kanthi ngekstraksi ILE ing pelarut (pirsani Bahan lan Metode).Kanthi garing kanthi ati-ati ing titik kritis CO2, monolit aerogel utuh bisa dipikolehi kaya sing ditampilake ing Gambar 1A.Inspeksi SEM nuduhake scaffold saka silika mesopori karo diameteripun pori 10- kanggo 30-nm, kang kebungkus makropores luwih gedhe saka 100 kanggo 150 nm, minangka bisa katon ing Fig. 1 (B lan C).Mikroskopi elektron transmisi resolusi dhuwur (TEM) (Gambar 1D) luwih mbukak struktur mikro sing kasusun saka nanopartikel silika sing rapet.Dhiameter partikel rata-rata antara 7 nganti 14 nm kanggo nilai x antara 0,5 lan 1,5.

Area lumahing spesifik [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], porositas, ukuran pori rata-rata, lan distribusi ukuran pori ditemtokake kanthi ukuran adsorpsi / desorpsi N2 (tabel S1 lan gambar S6).Ambruk parsial saka struktur lan mbusak ILE adsorbed sing ora rampung bisa uga salah nggambarake angka kasebut.Ekstraksi kanthi ati-ati saka cairan ion lan pangatusan alon nggunakake CO2 superkritis sing diwenehake, nanging asil sing bisa dipercaya cedhak karo porositas sing dikira saka fraksi volume ILE nganti silika (Gambar 1).Area lumahing BET kisaran antarane 800 lan 1000 m2/g.Ukuran pori rata-rata sing dipikolehi saka kemiringan isoterm antara 7 lan 16 nm.Kajaba iku, fraksi cilik saka pori-pori sing luwih gedhe nganti kira-kira 200 nm diukur (gambar S6), miturut pengamatan SEM.Dhiameter pori cocog banget karo kaping pindho saka ketebalan lapisan ILE sing padha karo fraksi volume ILE lan area permukaan BET, tegese mesopores wis diisi ILE.

Area permukaan BET sing dilapurake mung kanggo mesopores lan makropori.Kanggo matriks sing dibilas aseton, micropores (~ 0,6 nm) uga diukur.Micropores ditemokake ing antarane nanopartikel silika individu sing nggawe struktur kaya sing ditampilake ing gambar TEM Gambar 1D.A maksimum area lumahing tambahan antarane 650 (x = 0,5) lan 360 m2 / g (x = 1,5) kira-kira (tabel S1).

Spektrum FTIR lan Raman loro-lorone nuduhake bukti sing jelas kanggo gugus silanol kanthi molekul banyu es adsorbed ing matriks silika porositas dhuwur kanthi area lumahing efektif ekstrem ngluwihi 1400 m2/g nalika njupuk micropores, mesopores, lan macropores.Antarane nol lan telung monolayers banyu kira-kira saka keluwihan banyu ing nano-SCE kanggo x <1,75.Kanggo silika planar, telung monolayer pisanan saka banyu adsorbed pancen dianggep ora obah lan kaya padhet amarga ikatan hidrogen sing kuwat menyang permukaan sing diakhiri OH (32) (pirsani anjir. S2).Regangan O─H sing digandhengake karo hidrogen silanol sing kaiket ing lapisan banyu es ditemokake ing 3540 cm−1 ing spektrum FTIR.Kabeh nano-SCEs nuduhake, pancen, puncak sing béda ing 3540 cm−1 kanggo banyu es sawise pangatusan vakum lan sawise luwih garing ing kothak sarung tangan (Gambar 2).Malah kanggo nano-SCE sing diimbangi ing 0,0005% RH (kotak sarung tangan), spektroskopi Raman isih nuduhake anané paling ora monolayer parsial (Fig. 4B).Monolayer kaping papat ing silika planar diyakini minangka lapisan transisi, tegese isih diserap lan diwatesi nanging bisa nduweni mobilitas.Saka lapisan kaping lima, banyu dadi mobile lan kaya cairan.Banyu kaya Cairan bakal katon ing nomer gelombang sing luwih dhuwur ing spektrum FTIR amarga tingkat ikatan H sing luwih murah ing banyu cair.Kanggo nano-SCE sing kapapar 60% RH, 3540-cm−1peak pancen nuduhake getaran tambahan sing dipindhah menyang nomer gelombang sing luwih dhuwur amarga lapisan banyu Cairan adsorbed tambahan.Menarik ing babagan iki yaiku eksperimen ing ngendi sampel kasebut kapapar 30% RH, amarga ora ana banyu cair sing dikarepake ing silika ing kelembapan iki (anjir. S2).Kanggo conto iki, mung puncak 3540 cm−1 kanggo banyu es sing katon ing FTIR.Kajaba iku, ora ana puncak banyu gratis sing dideteksi ing 1635 cm−1 sanajan sawise 4 dina ing 30% RH.Iki tegese banyu ora dijupuk munggah dening hygroscopic Li-TFSI dipun bibaraken ing hidrofobik BMP-TFSI sawise nano-SCE wis pepe dening vakum perawatan.Mulane, sembarang banyu tambahan ing SCE bakal adsorbed ing lumahing silika OH-terminated.Mula, kanggo silika planar, matriks silika SCE ana ing keseimbangan karo tekanan parsial banyu ing lingkungan.

Kanggo nguji hipotesis iki luwih lanjut, konduktivitas ion nano-SCE (x = 1, 1,5, lan 2) diukur ing % RH sing beda;conto padha kapapar dicampur kontrol saka garing lan moistened gas N2 ing kothak sarung tangan kanggo 2 dina kanggo ngidini jangkoan banyu adsorbed tekan imbangan (Fig. 3D).Kanggo titik ing ~ 0% RH, konduktivitas kanggo nano-SCE equilibrated ing kothak sarung tangan dijupuk.Astonishingly, konduktivitas ion versus RH (%) profil tindakake prilaku samesthine kanggo adsorpsi banyu ing silika planar (anjir. S2).Antarane 0 lan 30% RH, konduktivitas tambah kanthi nambah RH.kaya samesthine kanggo nambah Kapadhetan lan kekandelan lapisan es adsorbed (cocog karo siji kanggo telung lapisan es ing silika planar).Elinga yen FTIR nuduhake yen ora ana banyu gratis ing nano-SCE kanggo sawetara dina ing 30% RH.A transisi katon watara 50% RH, cocog karo kondisi ngendi transisi lapisan banyu adsorbed samesthine kanggo planar silika.Pungkasane, paningkatan konduktivitas ion sing beda-beda ditemokake nganti 60% lan kelembapan sing luwih dhuwur, ing endi, kaya karo silika planar, saiki, uga lapisan banyu kaya cairan sing bisa dibentuk ing antarmuka antarane silika lan ILE sing dipasang.Kanthi FTIR, lapisan banyu cair ing lapisan es saiki dideteksi kanthi owah-owahan puncak vibrasi silanol/es/banyu menyang energi sing luwih dhuwur (Gambar 2A).Owah-owahan sing diamati ing konduktivitas bisa dibalik;mangkono, nano-SCE bisa tumindak minangka sensor asor lan elektrolit Li-ion.Saka Gambar 3D, konduktivitas ion nano-SCE sanalika sawise anneal vakum cocog karo silika terhidrasi keseimbangan ~10% RH.Konduktivitas ion kanggo jenuh ing kahanan kamar garing (~ 0,5% RH) kira-kira 0,6 mS/cm (kanggo x = 2).Eksperimen iki kanthi nyata nuduhake efek banyu antarmuka ing konduktivitas ion.Kanggo RH> 60%, konduktivitas ion sing luwih dhuwur bisa diterangake kanthi difusi Li + sing luwih cepet liwat lapisan kaya cairan.Nanging, ing kasus lapisan es sing padhet, difusi ion Li+ bakal dadi difusi tipe solid-state lan kanthi mangkono luwih alon tinimbang liwat cairan ionik dhewe.Nanging, paningkatan kasebut amarga adsorpsi anion organik lan kation organik saka molekul Cairan Li-uyah lan ion, kaya sing diusulake ing model ing ngisor iki.

We propose model ngendi molekul Cairan ion adsorbed ing lumahing silika liwat H-jembatan karo lapisan es immobile ing kelompok silanol (Fig. 4).Sifat intrinsik saka reaksi kondensasi hidrolisis nyedhiyakake kapadhetan silanol sing paling dhuwur (4 × 1014 nganti 8 × 1014 cm−2, sing cocog karo kapadhetan siji monolayer es kanthi ~8 × 1014 molekul banyu saben cm2) (34).Bukti interaksi molekuler ing antarane atom O saka anion TFSI lan silika diwenehi dening FTIR, sing nuduhake tikel kaping pindho puncak O═S═O kanggo kabeh nano-SCE dibandhingake referensi ILE (Gambar 4A; spektrum lengkap. ing anjir. S8).Pergeseran puncak tambahan kanthi kira-kira −5 cm−1 saka 1231 cm−1 nuduhake ikatan gugus O═S═O kanggo paling sethithik bagéan saka anion TFSI.Mulane, ikatan H saka anion TFSI ing lapisan banyu es dianggep.Sabanjure, kation BMP hidrofobik gedhe digandhengake karo lapisan TFSI pisanan, ngrampungake lapisan adsorbed pisanan molekul cairan ionik.Kanggo lapisan es, molekul-molekul BMP-TFSI sing diserap dianggep umume ora obah, saéngga ngluwihi lapisan es sing kaya padhet ing permukaan silika.Amarga anion TFSI nduweni gugus O═S═O simetris, siji atom oksigen bisa sesambungan karo permukaan silika terhidroksilasi lan liyane mbentuk titik nempel kanggo kation BMP.Anion TFSI uga duwe rong klompok O═S═O, njamin adsorpsi sing kuat lan urutan monolayer anion sing padhet.Adsorpsi paling efisien ing kasus lapisan es sing padhet kanthi kapadhetan gugus OH sing paling dhuwur minangka titik lengket potensial.Ing ngarsane mung gugus silanol, adsorpsi bisa uga ora cukup kuwat kanggo mbentuk lapisan adsorbate terus.Kajaba iku, tambah akeh monolayers es dikenal kanggo nambah kekuatan saka ikatan hidrogen (35).Elinga yen interaksi molekul ing antarane kation BMP lan monolayer TFSI sing diurutake bakal beda karo sing ana ing cairan ion ing ngendi anion TFSI nduweni kebebasan rotasi lan ora ana polarisasi saka permukaan sing ndasari.Muatan kation BMP gedhe pancen disebarake ing pirang-pirang atom kanthi polarisasi ikatan intrinsik lan interaksi molekul karo lingkungan kimia lan, khususe, anion TFSI sing diserap.Ikatan H antarane klompok O saka anion TFSI lan OH-mandheg saka lapisan es saiki ngenalaken dipol liwat lapisan adsorbed pisanan, ngindhuksi pesenan molekul luwih dening asosiasi.Dipercaya manawa ing titik iki, molekul Li-TFSI sing luwih cilik adsorb ing lapisan molekul sing anion TFSI saiki ngimbangi sisa muatan dipolar positif saka siji utawa luwih kation BMP ing lapisan ndhuwur, mula ngeculake hubungane karo Li. ion.Kanthi cara iki, konsentrasi Li + gratis tambah ing antarmuka iki, ndadékaké konduktivitas ion sing luwih dhuwur.Mula, lapisan es sing luwih padhet lan luwih kenthel banjur ngenalake dipol sing luwih gedhe kanthi muatan sisa sing luwih dhuwur kanggo ngimbangi, menehi konsentrasi Li+ gratis sing luwih dhuwur kanthi proporsional lan kanthi mangkono konduktivitas ion.

Ing ndhuwur lapisan ILE adsorbed, salah siji lapisan ILE liyane bisa adsorb padha karo multilayers es ing silika utawa tarik dipole saka lapisan es banget ringkih lan ILE kaiket entheng ing ndhuwur, kang banjur bisa nyedhiyani konduksi Cairan-kaya kanggo ion Li + sing dirilis ing lapisan adsorbed ngisor (Fig. 4C).Owah-owahan ing konsentrasi ion Li+ gratis dibuktèkaké déning pangukuran spektroskopi NMR lan Raman.Pangukuran Raman sacara ora langsung nuduhake yen fraksi luwih gedhe saka ion Li+ gratis pancen ana ing nano-SCE kanthi lapisan banyu es sing luwih akeh kaiket ing silika (Gambar 5).Raman ngukur asosiasi kation karo TFSI kanthi mriksa getaran gugus N anion TFSI (36).Ing cairan ionik BMP-TFSI murni, mung siji puncak ing 741 cm−1 katon.Ing kasus ILE murni, puncak tambahan katon ing 746 cm−1 ing ngendi rong anion TFSI koordinasi karo ion Li+ siji [pirsani kalkulasi teori fungsional kepadatan (DFT) ing Bahan lan Metode].Kanggo kabeh nano-SCE, intensitas puncak ing 746 cm−1 luwih ringkih tinimbang kanggo ILE, nuduhake fraksi cilik saka Li-TFSI sing ana gandhengane lan, akibate, fraksi luwih gedhe saka kation Li+ sing ora ana hubungane utawa gratis.Puncak kasebut suda drastis kanggo nano-SCE sing nuduhake peningkatan konduktivitas paling dhuwur, yaiku, sing duwe lapisan es sing paling kandel.Kanggo nano-SCE ing ekuilibrium ing kothak sarung tangan, isih, bagian sekedhik saka free Li+ diukur sanajan luwih cilik tinimbang kanggo sampel anil vakum.Rasio intensitas puncak kanggo 746 liwat 741 cm−1 Raman shift banjur minangka ukuran rasio bebas kanggo Li-ion sing ana gandhengane karo TFSI (Gbr. 5B).Tambah linear ing fraksi ion Li+ gratis kanthi nilai x kanthi becik ngetutake tren peningkatan konduktivitas kanthi nilai x ing Fig. 3B, loro kanggo nano-SCE garing vakum (dina 0) lan SCE ing keseimbangan karo kekeringan kotak sarung tangan (dina 138).

(A) Spektrum Raman saka cairan ionik (IL; garis biru titik) lan referensi ILE (ILE; garis putus-putus) saka nano-SCE sing disiapake (kering vakum) kanthi nilai x 0,5 (ijo), 1,5 (kuning) , lan 2 (coklat) lan nano-SCE (x = 1,5) tambahan garing ing kothak sarung tangan kanggo 30 dina utawa cedhak jenuh ing 0,0005% RH (abang).Garis vertikal menehi label shift Raman kanggo TFSI kanthi pusat N sing dikoordinasi dadi Li+ (746 cm−1) lan ora dikoordinasi dadi Li+ (741 cm−1).(B) Rasio bebas kanggo koordinat Li+ saka nano-SCE minangka disintesis (vakum pepe, bunderan ireng) lan tambahan pepe ing kothak sarung tangan karo 0,0005% RH kanggo 30 dina (berlian biru), cocog karo rasio intensitas terpadu saka Pucuk Raman (746 cm−1 liwat 741 cm−1).(C) Koefisien difusi diri Li+ PFG-NMR saka nano-SCE (berlian abang) lan ref ILE.(kotak ireng) minangka fungsi interval antarane pulsa medan magnet gradien.Puncak teoretis ing spektrum Raman disimulasikan nggunakake pitungan DFT.

Saka gradien lapangan pulsed NMR (PFG-NMR), koefisien difusi mandhiri saka spesies Li-ion seluler sing beda ditemtokake minangka fungsi interval antarane pulsa medan magnet gradien ∆ kanggo referensi cairan ILE lan kanggo nano- SCE (x = 1,5) kanthi konduktivitas ion sing padha 0,6 mS / cm (Gambar 5C).Koefisien difusi diri Li+ ing referensi ILE tetep, nuduhake yen mung siji utawa sawetara spesies Li kanthi mobilitas sing padha ing cairan kasebut.Kanggo nano-SCE, koefisien difusi mandhiri beda-beda karo ∆ lan ngluwihi ILE ing ∆ cendhak, nuduhake anané spesies sing obah cepet sing mung nanggapi ing interval cendhak antarane pulsa medan magnet.Gradien ing koefisien difusi mandhiri nuduhake yen ing jejere paningkatan konsentrasi Li-ion gratis, kaya sing disimpulake saka spektroskopi Raman, energi aktivasi kanggo difusi uga diturunake ing lapisan antarmuka mesophase.Iki ndhukung peningkatan konduktivitas sing diwenehake dening (luwih) ion Li+ gratis ing lapisan mesophase.Ing ∆ maneh, koefisien difusi mandhiri luwih murah tinimbang referensi ILE.Iki ndhukung konduktivitas ion sing luwih murah kanggo nano-SCE kothak sarung tangan-jenuh dibandhingake karo ILE.ILE sing diwatesi ing inti mesopores bakal duwe viskositas sing luwih dhuwur amarga watesan gerakan molekul.Mula, paningkatan kanthi nggawe Li-ion sing nyebar luwih cepet ing antarmuka silika / es / ILE kudu ngatasi penurunan konduktivitas ing inti pori.Iki nerangake anané penambahan ing sistem basis partikel ngendi antarmuka ora nyedhiyani promosi konduksi ion cukup (anjir. S1).

Stabilitas elektrokimia nano-SCE marang logam lithium dites nggunakake persiyapan telung elektroda (skema persiyapan ditampilake ing anjir. S7).Karakteristik potensial saiki Li / SCE (x = 1,5) lan setengah sel Li / ILE ditampilake ing Fig. 6A.Kanggo jendhela elektrokimia ing Fig. 2, elektrokimia diwatesi dening pengisi ILE.Plating lan stripping lithium sing bisa dibalik diamati.Lapisan interphase elektrolit padhet (SEI) sing stabil dibentuk ing lithium metalik kanthi RSEI kira-kira 0,9 kilo-ohm·cm2, tanggung jawab kanggo penurunan IR gedhe ing kurva iU ing sisih katodik lan anodik.Arus katodik ing larutan ILE murni ora nuduhake histeresis nganti -2,5 mA/cm2.Nanging, pembubaran anodik nuduhake puncak pasif kanthi arus anodik sing mapan mung 0,06 mA/cm2.Cabang arus katodik ing antarmuka Li/SCE padat-padat ora nuduhake histeresis kanggo arus katodik kurang saka −0.5 mA/cm2.Nanging, resistance saka SEI kira-kira kaping pindho.Kajaba iku, puncak anodik luwih murah lan arus stabil sawise puncak pasif anodik yaiku 0,03 mA / cm2, mung setengah saka solusi ILE murni.Pembentukan SEI lan lapisan passivation ing pori-pori SCE mbatesi arus ing logam lithium.Loro-lorone ing voltammograms kanggo elektrods Li / ILE lan Li / SCE padha reproducible marang sawetara siklus, nuduhake yen lapisan passivation anodik lan kimia lapisan SEI bisa dibalèkaké lan stabil.Kinetika pembubaran alon ing antarmuka Li / SCE mbatesi kinerja setengah sel sing digawe karo anoda logam Li ing ngisor iki.

(A) Voltammogram siklik nano-SCE (x = 1,5, minangka disintesis sawise pangatusan vakum) (abang) lan referensi ILE (ireng) diukur ing konfigurasi telung elektroda karo Li minangka elektroda kerja, counter, lan referensi (resistance SEI kira-kira saka Penurunan IR ing arus katodik yaiku 0,9 lan 1,8 kilo-ohm·cm2 kanggo ILE lan SCE, mungguh).(B) Kurva galvanik muatan/discharge sel Li/SCE (x = 1)/100-nm film tipis LiMn2O4 kanggo limang siklus ing C-rate 1C, 5C, lan 20C.(C) Voltammogram siklik sel elektroda bubuk Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 lan Li/SCE/30-μm LiFePO4 (1 mV/s).(D) Kurva galvanik muatan/discharge elektroda bubuk Li/SCE/40-μm Li4Ti5O12 ing 1C, 0.1C, 0.2C, lan 0.02C.(E) Kurva galvanik muatan/discharge elektroda bubuk Li/SCE/30-μm LiFePO4 ing 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, lan 0.01C.(F) Kapasitas (inten kapenuhan kanggo delithiation lan kothak mbukak kanggo lithiation) versus nomer siklus elektroda bubuk Li / SCE / 30-μm LiFePO4;kekandelan SCE ing sel kira-kira 280 μm.Kapadhetan katoda LFP lan LTO kira-kira 1,9 lan 11,0 mg / cm2.(G) Potensi versus kurva wektu tumpukan Li/SCE/Li siklus ing kapadhetan saiki 0,1, 0,2, 0,5, lan 0,1 mA/cm2.(H) Polarisasi 1, 10, 125, lan pungkasan tumpukan Li / SCE / Li ditekan ing 0,1 mA / cm2, ditampilake ing (G).Kanggo (G) lan (H), SCE nduweni konduktivitas 0, 34 mS / cm, lan kekandelan pelet SCE yaiku 0,152 cm.

Film tipis LiMn2O4 (LMO) 100-nm digunakake minangka model elektroda positif kanggo nguji stabilitas nano-SCE lan materi elektroda nalika ngilangi masalah antarmuka potensial ing elektroda komposit partikel (37).Kinerja muter elektroda film tipis / tumpukan SCE nuduhake stabilitas antarmuka antarane elektroda lan elektrolit.Ing persiyapan film tipis model iki, mung siji kontak antarmuka sing jelas, lan planar sing ana ing antarane elektrolit lan elektroda, yaiku, platform sing cocog kanggo nyinaoni elektrokimia antarmuka elektrolit/elektroda tanpa masalah owah-owahan volume. , dsb. Uga ing eksperimen iki, kinerja tingkat ora diwatesi dening elektroda counter Li-foil, amarga Kapadhetan saiki (6 μA / cm2 kanggo 1C) ing ngisor iki saka plateau saiki anodik stabil kanggo setengah litium. sel (0,03 mA/cm2).Reproducible lan stabil pangisian daya / discharge kurva dijupuk kanggo voltase cutoff ing 4,3 V kanggo C-tarif antarane 1 lan 20C kanggo liwat 20 siklus (Fig. 6B).LMO ora stabil ing elektrolit cair kanggo LiB.Contone, pengurangan kapasitas 50% diamati ing film LMO 100-nm sing dibuwang kanggo 10 siklus ing elektrolit LiClO4 / propylene karbonat ing 1C (37).Asil kita nuduhake yen nano-SCE luwih kompatibel karo LMO tinimbang elektrolit cair sing khas.

Kanggo nduduhake integrasi nano-SCE, kita uga nggawe setengah sel kanthi elektroda bubuk Li4Ti5O12 (LTO) lan LiFePO4 (LFP).Solusi prekursor dilebokake ing sèl koin kanggo impregnate elektroda keropos lan ditinggalake kanggo gelasi luwih dhisik sadurunge dikeringake lan divakum kanthi anil kaya kanggo pelet nano-SCE.Sel kasebut nuduhake lithiation / delithiation karakteristik saka elektroda sing cocog (Gambar 6C).Arus puncak sing luwih murah kanggo LFP tinimbang LTO amarga bedane ketebalan lapisan.Kinerja tingkat sajrone pangukuran pangisian daya / discharge saiki diwatesi dening elektroda counter Li-foil sing ditekan ing lapisan nano-SCE sing dibentuk ing ndhuwur lapisan elektroda 30 nganti 40 μm (Gambar 6, D lan E).Sel LTO/nano-SCE/Li tekan kapasitas maksimum 160 mA·jam/g mung ing C-rate kurang saka 0,02C (Fig. 6D).Kapasitas sing bisa diakses mudhun kanthi cepet kanthi C-rate kurang saka 10% kanggo C-rate sing luwih gedhe tinimbang 0.1C.Kajaba iku, sel LFP/SCE/Li tekan kapasitas maksimum kira-kira 140 mA·jam/g ing 0,01C (Gambar 6E).Gambar 6F nuduhake kinerja tingkat kanggo total 30 siklus, nuduhake konfigurasi sel stabil.Eksperimen kasebut nuduhake fungsionalitas nano-SCE minangka elektrolit Li-ion lan kemungkinan integrasi ing sel Li-ion.

Stabilitas utawa siklus nano-SCE dites nggunakake tumpukan simetris Li / SCE / Li.Iku wis cycled kanggo luwih saka 120 siklus ing Kapadhetan saiki 0,1 mA / cm2 kanggo 0,5 jam (Fig. 6G) tanpa masalah utawa tatanan dendrite (Fig. 6H).Tegangan polarisasi dadi luwih cilik saka wektu, nuduhake perbaikan kontak.Kajaba iku, sel kasebut ditekan nganti kapadhetan saiki 0,5 mA / cm2, tanpa pambentukan dendrit litium utawa tandha-tandha rusak nano-SCE utawa antarmuka (Gambar 6G).Lithium metalik dikenal mbentuk lapisan interphase protèktif utawa SEI ing permukaané ing ILE berbasis BMP-TFSI (27).Reaksi iki uga kedadeyan ing antarmuka lithium / nano-SCE;minangka rembugan ing Fig.. 6A, SEI bisa tuwuh Luwih nang pori, nerangake resistance SEI luwih kanggo nano-SCE saka ILE (ndeleng ndhuwur).Bukti kanggo lapisan SEI dijupuk saka spektrum IR (anjir. S9).Kaya lapisan SEI ing LiB klasik, sing nampilake elektroda grafit saka elektrolit cair supaya ora reaksi luwih lanjut, kita percaya yen SEI ing kene uga nglindhungi lapisan banyu es saka reaksi luwih saka anoda lithium metalik.Spektrum impedansi sadurunge lan sawise polarisasi saka Li / nano-SCE (x = 1,5) kanggo 10 jam ora nuduhake owah-owahan ing resistance elektrolit akeh.Pangukuran kinerja muter dawa bakal dibutuhake kanggo ngilangi pangatusan alon nano-SCE dening logam lithium, nanging asil iki wis nuduhake potensial kanggo cyclability banget saka SCE ing lithium basis logam baterei solid-state.Nanging, lapisan interphase gawean bisa dianggep nambah impedansi antarmuka kabeh.

Kita wis nuduhake yen promosi konduksi ion ing antarmuka silika bisa digayuh liwat introduksi lapisan banyu chemisorbed ing permukaan silika sing diakhiri OH.Anion TFSI kemisorb ing lapisan fungsional banyu iki liwat ikatan hidrogen kanthi gugus O═S═O simetris.Lapisan lumahing banyu ora obah lan mula uga nempelake lapisan TFSI sing diserap menyang permukaan.Kation BMP gedhe digandhengake karo monolayer TFSI, saéngga ngenalake urutan molekuler TFSI-BMP ing permukaan.Kita pitados bilih gelation alon ing lingkungan banyu lan pangatusan alon bantuan ing tatanan concerted saka lapisan banyu fungsi lan lapisan diatur saka ion organik ing ndhuwur iku.Minangka lapisan anion TFSI pisanan nuduhake bagean saka muatan negatif karo silika hidroksilasi, lapisan kation BMP ing ndhuwur bakal nggolek asosiasi karo anion TFSI liyane, ing ngendi sawetara BMP bisa mbagi muatan sing ora dibayar karo siji TFSI (bisa uga telu nganti siji kaya ing rasio IL kanggo Li-TFSI ing ILE).Amarga molekul uyah Li-TFSI duwe pendekatan sing paling cedhak, ion Li + bakal dissociate lan dibebasake kanggo difusi cepet ing lapisan antarmuka iki.Kanggo konduksi sing luwih apik, spesies Li+ gratis iki mbutuhake paling ora siji lapisan cairan ion tambahan kanggo pindhah.Mulane, nano-SCE kanthi nilai x kurang saka 0,5 ora nuduhake konduktivitas sing ditingkatake, amarga volume ILE / area permukaan silika cukup kanggo mung siji monolayer sing ditutup.

Luwih dituduhake manawa banyu permukaan sing kaya padhet utawa lapisan es ora aktif sacara elektrokimia.Ing titik iki, kita ora bisa ngilangi yen banyu es sing kontak langsung karo permukaan elektroda ora bereaksi.Nanging, kita nuduhake yen panyebaran metu saka banyu lumahing alon lan kanthi mangkono kinetically diabaikan kanggo deteksi.Kita nyadari yen kontaminasi banyu, sanajan cilik, bakal tansah dadi masalah, lan mung tes siklus urip sing dawa bisa menehi jawaban sing pasti yen banyu wis cukup.Nanging, lapisan permukaan fungsional liyane sing menehi promosi permukaan sing padha utawa malah luwih gedhe saiki bisa dikembangake.Ing babagan iki, klompok Li wis nuduhake potensial lapisan glycidyloxypropyl minangka gugus fungsional (18).Banyu es asli saka silika lan mulane cocog kanggo nyinaoni efek fungsionalisasi permukaan ing promosi konduksi ion kanthi sistematis, kaya sing wis ditampilake kanthi sukses ing kene.Kajaba iku, lapisan mesophase lan dipole bakal gumantung ing oksida lan ing molekul organik adsorbed lan kanthi mangkono bisa disetel dening loro.Ing laboratorium, kita wis nuduhake beda gedhe ing promosi konduksi ion kanggo cairan ion beda.Salajengipun, prinsip sing dituduhake umum kanggo konduksi ion lan uga bisa ditrapake kanggo sistem ion sing beda-beda, contone, kanggo baterei ion natrium, magnesium, kalsium, utawa aluminium.Kesimpulane, elektrolit nanokomposit kanthi konduksi antarmuka sing ditampilake ing kene minangka konsep tinimbang materi siji, sing bisa luwih (nano) direkayasa kanggo sifat konduksi ion, nomer transportasi, jendhela elektrokimia, safety, lan biaya kanggo generasi sel baterei ing mangsa ngarep. .

Nano-SCE disiapake nggunakake metode sol-gel.Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99,95%), 0,5 ml H2O deionisasi, 0,5 ml TEOS (Sigma-Aldrich; 99,0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98,5%), lan 1 ml PGME dicampur ing vial kaca.Rasio molar, x, antarane [BMP] [TFSI] lan TEOS ing campuran iki beda-beda antarane 0,25 lan 2. Rasio molar Li [TFSI] lan [BMP] [TFSI] tetep ing 0,33: 1.Jumlah Li[TFSI] lan [BMP][TFSI] ditemtokake saka rasio kasebut.Contone, nalika x = 1, tambah [BMP][TFSI] lan Li[TFSI] ing solusi padha 0,97 lan 0,22 g, mungguh.Campuran digoyang nganti 1 menit kanggo mbentuk solusi monophasic.Solusi kasebut banjur disimpen ing bokor sing ditutup tanpa diaduk kanggo mbentuk gel ing kamar sing dikontrol suhu lan kelembapan (SH-641, ESPEC Corp.) kanthi suhu lan RH% disetel ing 25 ° C lan 50%.Gumantung ing x, campuran njupuk, rata-rata, 5 nganti 9 dina kanggo mbentuk gel sing cetha.Sawise gelation, bokor kanthi gel 2,4 nganti 7,4 ml pisanan dikeringake ing suhu 40 ° C suwene patang dina kanthi tekanan sing rada suda (80 kPa) banjur dipindhah menyang oven vakum suwene 72 jam ing suhu 25 ° C.Minangka Kelembapan isih dibusak, vakum mboko sithik sudo saka meksa dhisikan watara 50 Pa kanggo meksa pancet final 5 Pa sawise bab 1 dina.Amarga akeh banyu lan PGME sing kudu dibusak, pelet SCE sing diasilake wis nyusut saka 20% (x = 0,5) dadi ~ 50% (x = 2) saka volume gel asli.Bobot saka gel sing diasilake diukur kanthi neraca semimikro (SM 1245Di-C, VWR).

TGA dileksanakake ing Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, USA) ing nitrogen.Sajrone pangukuran, sampel dipanasake nganti 700 ° C kanthi tingkat pemanasan 2 ° C / min.Spektrometri FTIR ditindakake nggunakake Bruker Vertex 70 kanthi nomer gelombang saka 4000 nganti 400 cm−1 ing mode transmisi.Piknometri ditindakake kanthi nggunakake Micromeritics AccuPyc II 1340.

Kanggo ngukur konduktivitas ion, volume cilik SCE dijupuk saka vial ibu ing jero kotak sarung tangan sing diisi Ar (0.1-ppm H2O lan 0.1-ppm O2).Kira-kira 23 μl SCE diisi ing cincin polytetrafluoroethylene (PTFE) kanthi diameter jero 4,34 mm lan dhuwur 1,57 mm, mbentuk pelet.Pelet ing dering kasebut banjur diapit ing antarane rong piringan stainless steel (SS) (kandel 0,2 mm; MTI).Pangukuran impedansi ditindakake kanthi nggunakake PGSTAT302 (Metrohm), kanthi amplitudo AC 5 mV ing sawetara frekuensi saka 1 MHz nganti 1 Hz.Konduktivitas ion (σi) ditemtokake saka intercept frekuensi dhuwur karo sumbu nyata ing plot Nyquist.Sawise pangukuran konduktivitas, pelet nano-SCE diidini luwih garing ing kothak sarung tangan.Kanggo pangukuran katergantungan suhu, tumpukan SS / SCE / SS disegel ing sel koin.Sawise sealing, konduktivitas tetep konstan kanggo sawetara dina (pirsani anjir. S3).Suhu sel koin dikontrol nganggo jaket termal kanthi adus termal nggunakake H2O / etilena glikol minangka medium kerja.Sel-sel kasebut pisanan didinginake nganti kira-kira -15 ° C lan banjur dipanasake kanthi bertahap nganti 60 ° C.

Saka saben pelet nano-SCE, kira-kira 23 μl digawa menyang cincin (diameter njero 4,34 mm lan dhuwur 1,57 mm) kanggo pangukuran listrik langsung ing jero kothak sarung tangan sing diisi N2 kanthi kelembapan sing dikontrol.Dering karo SCE banjur diapit ing antarane rong disk SS (kandel 0,2 mm; MTI).Pangukuran impedansi ditindakake nggunakake PGSTAT302 (Metrohm) kanthi amplitudo AC 5 mV lan frekuensi saka 1 MHz nganti 1 Hz sing dikontrol liwat piranti lunak Nova.Sampel disimpen ing saben nilai RH% kanggo 48 jam sadurunge konduktivitas dipantau nganti stabil.Konduktivitas ion stabil kanggo nilai RH% tartamtu (σi) ditemtokake saka intercept frekuensi dhuwur karo sumbu nyata ing plot Nyquist.

Kabeh pangukuran elektrokimia lan persiapan sampel sing gegandhengan ditindakake ing kothak sarung tangan sing diisi argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; tingkat <1-ppm O2 lan H2O) khusus kanggo karakterisasi elektrokimia.

Morfologi pelet kanthi lan tanpa Li[BMP][TFSI] ILE dipriksa nganggo SEM nggunakake alat Thermo Fisher Scientific Apreo ing 1.5 nganti 2.0 kV kanthi operasi ing mode pencitraan dual-detektor nggunakake detektor T1 lan T2 kanthi paralel kanggo pangaturan gambar langsung, lan detektor T2 digunakake kanggo ngrekam gambar SEM sing ditampilake;sampel iki tetep ing tape konduktif karbon.TEM iki rampung nggunakake Tecnai operasi ing 300 kV.

ILE dibusak saka pelet SCE kanthi rong cara.Salah siji opsi kanggo njupuk silika keropos ditindakake kanthi nyemplungake SCE ing aseton suwene 12 jam kanggo ngekstrak Li[BMP][TFSI] ILE.mbilas iki diulang kaping telu.Pilihan liyane yaiku kanthi rendhem SCE ing etanol.Ing kasus iki, etanol dibusak kanthi nggunakake pengering titik kritis CO2 cair.

Rong alat sing beda digunakake kanggo pangatusan superkritis, yaiku Automegasamdri-916B, Tousimis (metode 1) lan alat sing digawe khusus dening JASCO Corporation (metode 2).Nalika nggunakake alat pisanan, urutan pangatusan diwiwiti kanthi nyuda suhu nganti 8 ° C.Sabanjure, CO2 diresiki liwat kamar, nambah tekanan dadi 5,5 MPa.Ing langkah ing ngisor iki, CO2 dipanasake nganti 41 ° C, nambah tekanan dadi 10 MPa, lan ditahan nganti 5 menit.Kanggo nyimpulake, ing langkah getihen, tekanan diturunake sajrone wektu 10 menit.Nalika nggunakake alat sing digawe khusus, urutan sing padha ditindakake.Nanging, wektu lan tekanan beda banget.Sawise langkah purging, tekanan ditambah dadi 12 MPa ing suhu 70 ° C lan tetep kaya ngono nganti 5 nganti 6 jam.Sabanjure, tekanan dikurangi kanthi interval saka 12 nganti 7 MPa, 7 nganti 3 MPa, lan 3 nganti 0 MPa sajrone rentang wektu 10, 60, lan 10 menit.

Isoterm fisisorpsi nitrogen diukur ing T = 77 K nggunakake penganalisa karakterisasi permukaan Micromeritics 3Flex.Silika keropos sing dipikolehi banjur metu gas sajrone 8 jam ing 100 ° C ing vakum 0.1-mbar.Silika keropos sing asalé saka pangatusan superkritis dibuwang nganti 18 jam ing 120 ° C ing vakum 0.1-mbar.Sawisé iku, isoterm physisorption nitrogen diukur ing T = 77 K nggunakake Micromeritics TriStar 3000 otomatis adsorption analyzer gas.

Pangukuran PFG-NMR ditindakake nggunakake JEOL JNM-ECX400.Urutan pulsa gema sing dirangsang digunakake kanggo pangukuran difusi.Atenuasi sinyal gema sing dinormalisasi, E, diterangake ing persamaan (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) ing ngendi g yaiku kekuatan pulsa gradien, δ yaiku durasi gradien. pulsa, ∆ punika interval antarane sudhut anjog saka gradien pulses, γ punika rasio magnetogyric, lan D minangka koefisien self-difusi saka molekul.Koefisien panyebaran diri dikira kanthi nyetel sinyal gema sing dipikolehi kanthi ngganti ∆ karo Persamaan.1. 7Li dipilih kanggo nemtokake koefisien difusi ion lithium.Kabeh pangukuran ditindakake ing suhu 30 ° C.

Persiyapan spektroskopi Raman minangka sistem krasan kanthi nggunakake ion argon sing bisa disetel menyang cahya eksitasi laser 458-nm sing digabungake menyang mikroskop Olympus IX71 sing terbalik, lan cahya sing disebar ing mburi liwat persiyapan spektrometer triple TriVista (Princeton Instruments). ), sing digunakake kanggo mbubarake sinyal optik sing dideteksi nggunakake kamera piranti sing dilengkapi karo daya nitrogen cair.Amarga penyerapan optik sing dhuwur ing dawa gelombang kasebut, kekuwatan laser sing relatif kurang digunakake kanggo nyegah pemanasan laser (<100 W·cm−2).

Optimasi geometri ground-state DFT lan kalkulasi frekuensi analitik nggunakake himpunan fungsional hibrida B3LYP populer lan basis 6-311++G**, kanthi koreksi dispersi atom-pasangan Grimme (39) kanthi skema redaman Becke-Johnson (D3BJ), minangka dipun ginakaken ing ORCA 3.0.3 (40).Spektrum Raman disimulasikan nggunakake ORCA, lan visualisasi sifat molekul digayuh nggunakake paket piranti lunak Avogadro (41) kanthi nganyari sing didhukung ORCA.

Kabeh pangukuran elektrokimia lan persiapan sampel sing gegandhengan ditindakake ing kothak sarung tangan sing diisi argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; tingkat <1-ppm O2 lan H2O) khusus kanggo karakterisasi elektrokimia.Pelet SCE dilebokake ing pita Li (Sigma-Aldrich; 99,9%) sing didhukung ing piring tembaga minangka elektroda counter lan rong disk Li sing dicithak (diameter 5 mm) diselehake ing ndhuwur pelet SCE kanggo referensi lan digunakake. elektroda.Persiyapan ditampilake ing anjir.S7.Pin emas digunakake kanggo ngubungi referensi lithium lan elektroda kerja.Voltametri siklik lan pangukuran impedansi ditindakake nggunakake PGSTAT302 (Metrohm) sing dikontrol liwat piranti lunak Nova.Voltametri siklik ditindakake kanthi laju scan 20 mV/s.Pangukuran impedansi ditindakake kanthi amplitudo AC 5 mV lan frekuensi saka 1 MHz nganti 0,1 Hz.

Elektroda film tipis anatase TiO2 40-nm didepositokake dening deposisi lapisan atom (ALD) ing wafer silikon 300-mm kanthi underlayer TiN 40-nm uga disimpen dening ALD.Iki minangka elektroda tes sing apik kanggo demonstrasi konduktivitas Li-ion liwat elektrolit, amarga TiO2 ora ngalami degradasi kimia utawa stres mekanik (ora ana owah-owahan volume sing signifikan) nalika muter.Kanggo ngukur sel Li / SCE / TiO2, ILE-SCEs diisi ing cincin PTFE kanthi diameter 4,3 mm lan kekandelan 0,15 cm;banjur, ring iki sandwiched antarane foil Li lan film TiO2.

Nano-SCE/film tipis setengah tumpukan, karo elektroda LMO, digawe dening synthesizing film nano-SCE ing elektrods.Total 150 μl x = 1,5 solusi, umure 2 dina, dilebokake ing cincin kaca (diameter, 1,3 mm) sing dipasang ing film elektrolit.Dering kasebut banjur disegel karo parafilm, lan solusi kasebut disimpen ing wadhah sing disegel nganti 4 dina.Tumpukan gel/elektroda sing kawangun kaya mangkono dikeringake kanggo mbentuk tumpukan nano-SCE/elektroda.Ketebalan nano-SCE, ditemtokake nggunakake mikrometer, yaiku 300 μm.Pungkasan, foil lithium (kandel 1,75 mm, 99,9%; Sigma-Aldrich) ditekan ing tumpukan nano-SCE / elektroda minangka anoda.Elektroda film tipis 100-nm LiMn2O4 (LMO) disimpen kanthi sputtering frekuensi radio ing aliran Ar ing wafer silikon sing dilapisi karo lapisan 80-nm Pt (DC sputtering) / 10-nm TiN (ALD).Tumpukan iki anil kanggo 20 menit ing 800 ° C ing atmosfer oksigen.

Film elektroda LiFePO4 (LFP) disiapake kanthi lapisan blade.Kaping pisanan, karbon ireng lan LFP (2 nganti 3 μm) ditambahake menyang larutan banyu sing ngemot karboksimetilselulosa (CMC) kanggo mbentuk campuran sing banjur dihomogenake nggunakake mixer planet.Banjur, produk homogenisasi dicampur karo banyu deionisasi lan lateks akrilik fluorinated (JSR, TRD202A) ing mixer vakum kanggo mbentuk slurry kanggo lapisan elektroda.Slurry sing disiapake dibuwang ing aluminium foil kanggo nyetop film elektroda nggunakake lapisan blade.Elektroda udan sing dilapisi iki langsung dikeringake ing oven atmosfer kanthi hawa stagnant ing 70 ° C suwene 10 menit lan dikeringake maneh ing suhu 140 ° C suwene 4 jam ing oven vakum.Film elektroda garing kalebu 91 wt % LiFePO4, 3 wt % karbon ireng, 2 wt % CMC, lan 4 wt % TRD202A.Ketebalan film yaiku 30 μm (ditemtokake nggunakake mikrometer lan mikroskop elektron scanning).

Film elektroda Li4Ti5O12 (LTO) digawe ing foil tembaga kanthi cara sing padha.Komposisi elektroda garing yaiku 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % karbon ireng, 5 wt % CMC, lan 5 wt % fluorinated acrylic lateks (TRD2001A).Ketebalan film yaiku 40 μm.

Solusi saka SCE iki drop-casted ing basis partikel LFP lan film elektroda LTO.Kaping pisanan, 100 μl x = 1,5 solusi, umure 2 dina, dilebokake ing film elektroda, kanthi diameter 15 mm, diselehake ing sel koin (#2032, MTI).Sawise SCE sing diresapi digawe gel, film kasebut dikeringake ing suhu 25 ° C suwene 72 jam ing oven vakum (<5 × 10−2 mbar) kanggo nggawe tumpukan nano-SCE lan elektroda.Ketebalan nano-SCE yaiku 380 μm.Pungkasan, foil lithium ditekan ing tumpukan SCE / elektroda minangka anoda, lan sel koin kasebut disegel.Pangukuran elektrokimia ditindakake kanthi nggunakake potentiostat Solartron 1470E ing suhu kamar.

Materi tambahan kanggo artikel iki kasedhiya ing http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

Tabel S1.Sifat struktural matriks silika ing nano-SCE kanggo nambah fraksi molar saka cairan ion kanggo silika (nilai x) ditemtokake saka adsorpsi / desorpsi N2 utawa pangukuran BET lan pengamatan TEM.

Iki minangka artikel akses terbuka sing disebarake miturut syarat-syarat lisensi Creative Commons Attribution-NonCommercial, sing ngidini panggunaan, distribusi, lan reproduksi ing media apa wae, anggere asil panggunaan kasebut ora kanggo keuntungan komersial lan asale yen karya asline bener. dikutip.

CATETAN: Kita mung njaluk alamat email sampeyan supaya wong sing menehi rekomendasi kaca kasebut ngerti manawa sampeyan pengin ndeleng, lan iku dudu surat ajur.Kita ora njupuk alamat email.

Pitakonan iki kanggo nguji manawa sampeyan minangka pengunjung manungsa utawa ora lan kanggo nyegah kiriman spam otomatis.

Miturut 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. Vereecken

Miturut 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. Vereecken

© 2020 American Association for the Advancement of Science.Kabeh hak dilindhungi undhang-undhang.AAAS minangka mitra HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef lan COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.