Ma te whakawhiti ki nga pākahiko Li-ion totika ka taea te ahu whakamua ki te 1000 W·haora/rita me tua atu.Ko nga hiato o te matrix waikura mesoporous kua whakakiia ki nga whakakii wai hiko wai katote kore e whakakī kua tirotirohia hei whiringa hiko totoka.Heoi, ko te noho ngawari o nga otinga electrolyte i roto i nga pores nanometer-rahi ka heke te kawe katote i te pikinga o te pokey.I konei, ka whakaatuhia e matou ko te kawe Li-ion o nga nanocomposites kei roto i te mesoporous silica monolith me te whakakii hiko wai katote ka taea te maha nga wa teitei ake i tera o te electrolyte wai katote parakore na roto i te whakaurunga o te paparanga hukapapa atanga.Ko te kaha o te whakaurunga me te raupapatanga o nga ngota ngota wai katote ka kore e neke, ka rite tonu ki te paparanga hukapapa atanga.Ko te dipole i runga i te paparanga mesophase adsorbate ka hua ki te solvation o nga katote Li+ mo te whakakaha ake te kawe.Ko te maataapono kua whakaatuhia mo te whakarei ake i te katote ka taea te whakamahi ki nga punaha katote rereke.

Ko nga hiko hiko totoka e tika ana hei whakakaha ake mo nga pākahiko Li-ion kia nui ake i te tuanui o te 800 W·haora/rita, 300 W·haora/kg rānei kua utaina ki runga i te cathode me te matū anode e waatea ana.Ko te pikinga e tumanakohia ana te kiato o te hiko mo nga pākahiko totika ka ahu mai i te maha o nga koha, ko te whainga katoa ki te whakanui ake i te rōrahi ōrau o ngā rauemi hohe i roto i te pūtau.Ko te mea tino rongonui ko te whakauru i te whakarewa lithium hei whakakapi i te kauwhata me te graphite/silicon hei anode.Ko te konganuku lithium parakore te teitei o te kaha o te kaha ka taea, na reira me iti rawa te waahi.Heoi, he maha tonu nga take hei whakatau, penei i te tauhohenga e kore e taea te whakahoki (me te kohi) o te whakarewa lithium, te hanga dendrite, te pikinga o te kiato o naianei whaihua mo nga pepa lithium planar i whakaritea ki nga hiko o te graphite (silicon) porous, a, whakamutunga. engari ko te iti rawa, ko te "ngaro" o te lithium i te wa e rere ana (deplating) me te ngaro o te whakapiri ki te electrolyte totoka.Ko te ahua miihini o nga electrolyte totoka uku he kore e tika ana, a me tono nga pehanga tino kaha ki te pehi i te lithium ki runga i te waahanga hiko totoka.Ko nga tohu pehanga motuhake ka whakaheke ake i te waahi o te mata whai hua, ka puta ki te hanga dendrite rohe me nga putunga hautai.Ko nga polymer electrolytes he pai ake i te miihini engari kaore ano kia whakaatu i te kaha o te kawe katote i te pāmahana rūma.Ko nga rauemi hou tino pai mo tenei ahuatanga ko nga hiko hiko silica gel, kua kiia ano he "ionogels," kei reira he katote wai hiko (ILE) kei roto i te matrix silica nanoporous (1).Ko te porosity tino tiketike o te matrix silica (70 ki te 90%) ka hoatu enei rauemi electrolyte nanocomposite he rite ki te reera, na reira ka rite ki nga miihini hiko rite ki te polymer electrolytes.I etahi wa ka tohuhia enei hiera silica hei electrolytes totoka ranu, i te mea he wai kei roto.Heoi, mo nga nanocomposites silica, pera i nga korero i roto i tenei pepa, ko te katote "wai" electrolyte ka rite ki te totoka i te wa e herea ana i roto i nga awa tekau nanometer-rahi e rua na te piki o te pokey me te whakauru i runga i te pakitara silica e mau ana i te. hongere.Mēnā ka mahi noa te matrix silica hei whakawehe maiengi, na te pikinga o te pokey mo te wai hiko kua herea ka heke te kawe katote.Engari, ko te taunekeneke i waenga i nga ngota ngota ILE me te pakitara silica pore ka rereke nga ahuatanga o te nanocomposite i te huinga o ona waahanga takitahi.Ko te urunga o te wai katote i runga i te waikura me te hanganga o nga papa mesophase totoka tae atu ki te iti nanometera te matotoru kua whakaatuhia ki runga i nga papa maata me te miihini miihini ngota (2).Ko te whakaurunga o nga anion wai katote me nga katote i runga i nga mata waikura ka kaha ake te kawe Li+ i enei atanga.Ko te tikanga, ko te whakarei ake i nga atanga waikura me utu mo te neke atu ranei i te hekenga o te kawe i roto i te ILE kei roto i te puku o nga pores.No reira, he iti ake te rahi o te pore me te taumata teitei o te mata-ki-rōrahi e hiahiatia ana.I tenei wa, ko nga ionogels me te kawe katote e tata ana ki tera o te ILE ake kua whakaatuhia e te arotautanga o te hanganga mesoporous (3).Ko te tikanga kua tae kee te whakanikotanga atanga engari kaore i te nui rawa atu te kawe i te nuinga.

Ko te whakareri ionogels ka timata mai i te ranunga wai rite, ka taapirihia he ILE ki te otinga sol-gel precursor mo te whakahiatotanga o te kopu waikura (4, 5).I roto i tenei tikanga, ka hangaia e te ILE me te matrix he hiato i roto i te ahua "in situ": Ka tauhohe nga kaitapa i roto i te otinga ki te hanga i te matrix waikura huri noa i te tauira wai katote, ka uru ki roto i te mahi.I raro i etahi tikanga whakahiato, ka taea te ahua o te ILE-SCE (te hiko hiato totoka) kua rite ki te ahua o te monolith me te ILE kua mau ki roto i te whatunga waikura pararopi mesoporous tonu.I tenei wa, ko te nuinga o nga ILE-SCE e hangai ana ki te silica kua oti te whakarite penei, ahakoa kua mahia ano nga tauira ki te alumina (6), te titania (7), tae atu ki te waikura tine (8).Kei roto i te nuinga o nga whakatakotoranga sol-gel he ILE, he alkyl-silicate pnei i te tetraethyl orthosilicate (TEOS) hei tohu hika, me te waikawa formic hei reagent me te whakarewa (9, 10).E ai ki te tikanga (11) mo tenei tukanga sol-gel, ko te nuinga o te silica ka puta mai i te tauhohenga i waenga i te TEOS me te waikawa formic, ahakoa ka puta te wai i roto i te tukanga sol-gel.I tua atu i enei ranunga "kore-kore" e hangai ana i te waikawa, kua whakaahuatia ano te hanga o te sol-gel wai me te HCl hei whakakorikori me te H2O hei reagent (me te whakarewa waro) kua whakaahuatia, heoi, i tenei keehi mo te whakahiatotanga o te hiato silica me wai katote anake (12–15).

I te nuinga o te waa, ka whakaatuhia e nga ionogels te kawe katote he iti ake i tera o te tohutoro ILE.Ko te reanga tuatahi o nga ionogels he 30 ki te 50% noa iho o te uara ILE nui, ahakoa kua tae ki te 80% nga tauira (9, 10, 16, 17).Ko te paanga o te ihirangi ILE me te hua o te pore morphology i runga i te kawe ionogel kua tino tirotirohia (3);heoi, karekau he rangahau nahanaha mo nga paanga whakarei atanga e mohiotia ana.Wu et al.(18) i korero tata nei mo te ionogel kua mahi i roto i te waahi, na te mea i whakakaha ake te kawe ki te ILE nui.Ko te whakarei ake i tohuhia ki te taunekeneke i waenga i te anion me te roopu mahi 3-glycidyloxypropyl i runga i te mata silica.Ko tenei kitenga e tautoko ana i te whakaaro ka taea e te mahi o te mata te whakarei ake i te whakatairanga kawe atanga.

I roto i tenei mahi, ka whakaatuhia e matou te hanganga o te papa wai hukapapa totoka i runga i te silica me te whakamaarama i te tikanga o te kawe Li-ion atanga na te pikinga o te tauwhitinga dipole i waenga i te paparanga mahi tio mata me te paparanga mesophase wai katote.Na te whakakotahitanga o te mata o roto me te paparanga mahi tio tio, i tutuki nga electrolytes nanocomposite totoka (nano-SCE) me te 200% teitei ake te kawe Li-ion i te tohutoro ILE nui.Ko te matrix silica e whakaatuhia ana he hanganga mesoporous monolithic pono me nga pukapuka pore me nga waahanga mata ki runga ki te 90% me te 1400 m2 / g, na reira e whakarato ana i nga owehenga mata-ki-rōrahi nui e tuku ana i te koha nui o te whakaniko i runga i enei atanga.Na roto i te mahi tino pai o te mata silica me te whakanui i te ōwehenga mata-ki-rōrahi, nano-SCE me te kawe katote nui atu i te 10 mS/cm ka taea te hanga, na reira he tino ataahua mo nga pākahiko kaha-nui mo nga tono miihini.

Ko te aronga o ta matou pepa ko te tikanga o te whakakaha ake i te kawe atanga na roto i te hanganga o te paparanga mesophase me nga taunakitanga mai i a Raman, Fourier transform infrared (FTIR), me te hihinga whakahiato autō karihi (NMR).Ko te pumau atanga o to tatou rauemi nano-SCE i ngaohiko teitei e whakaatuhia ana ma te whakamahi i nga hiko hiko lithium konupora konupora (LMO) kiriata angiangi.Ma tenei ara, ka mau tonu te aro ki nga rauemi, kaua ki te whakaurunga hiko me nga take huihuinga pūtau.Waihoki, ko te matapihi hiko me te pumau ki nga pepa whakarewa lithium kua tino tohuhia.Ko te mahi me te whakaurunga o to tatou nano-SCE e whakaatuhia ana ma te whakahiato me te tere o nga whakamatautau mahi o te lithium iron phosphate (LFP) me te lithium titanate (LTO) pūtau.I whakaatuhia te pumau o to maatau hiko me te kore mahi hiko o te wai hukapapa na roto i te paihikara roa o nga pūtau Li-SCE-Li hangarite.Ko te arotautanga o te kiato o te kaha, te reeti mahi, me te mahi paihikara o nga pūtau kua whakahiato katoa te aronga o nga pepa whai ake (19, 20).

Ko te whakatairanga i te kawe katote atanga i roto i nga punaha hiato-rua kua mohiotia mo te tata ki te 90 tau (21).Hei tauira, tae atu ki te wha ota whakanui i te kawe katote kua whakaatuhia mo nga hiato o te tote lithium ngawari penei i te lithium iodide me nga matūriki waikura mesoporous penei i te silica me te alumina ka whakaritea ki te kawe katote o te tote lithium parakore electrolyte (22).Ko nga katote i roto i enei SCE ka tere tere atu te rere ki te taha o te paparanga hiko kua pau (he waatea ranei) i hangaia i te atanga oxide/electrolyte.Heoi ano, ko te kaha o te katote i whiwhi i roto i enei waahanga-rua-waahanga toka-totoka hiato (1) kaore i neke ake i te paepae 1-mS/cm2 e hiahiatia ana hei whakawhiti i te iti rau-micromita te tawhiti i waenga i nga pereti kaikohi o naianei i roto i te pākahiko Li-ion. .Ko te ariā o te doping heterogeneous me te matrix waikura hei miihini i te kawe katote kua tirotirohia ano mo nga electrolytes polymer (23) me nga ILE (24), he teitei ake te kawe ionic intrinsic hei tiimatanga.I tua atu, ko te matū matū nui (tereo) o te wahanga tuatoru ka whakatuwhera i etahi atu tikanga kawe katote, na te mea ka uru mai nga ngota ngota whakarewa-polar ki te hanganga o te paparanga rua hiko.Ahakoa ko te mahi whakarewa o nga roopu ether i roto i te polyethylene oxide polymer electrolytes e whakarato ana i nga katote katote o te ~10−6 S/cm mo te LiClO4 ki te ~10−5 S/cm mo te LiN(SO2CF3)2, ko o raatau hiato me te silica, alumina. , ka taea ranei e nga titania nanoparticles te whakarato neke atu i te 10-fold te whakarei ake i roto i te kawe ine katote (25), engari, kei raro tonu i te paepae pāmahana rūma o 1 mS/cm.Ko nga otinga ILE he ranunga o te wairewa Li-tote me te wai whakarewa wai katote, tera pea he nui te kawe katote i waenga i te 0.1 me te 10 mS/cm (26, 27).He maha nga nganatanga ki te whakarei ake i te kawe katote ma te whakaranu, ki te whakaraerae ranei ki nga matūriki nano oxide, ki te kati ranei i te ILE ki roto i nga maariki mesoporous (9, 16, 28, 29).Heoi, tae noa ki tenei wa, kaore i kitea he whakarei ake i te kawe katote mo nga wahanga-toru Li-tote/wau katote/wai ​​waikura (whakaahua S1).Ahakoa ko te whakamahinga o nga maariki moroiti mesoporous silica ka nui ake te kawe i te kaha ki te whakatairite ki nga hiato me nga matūriki nano totoka, kaore i te rawaka te horahanga mata atanga me te whakatairanga kawe katote ki te neke atu i te nuinga o te kawe ILE.

Ko te silica Mesoporous he rauemi rongonui e whakamahia ana i roto i te catalysis.I te nuinga o te wa ka mahia e te waiariki, te whakahiato sol-gel ngawari ranei.Ko nga mahi waiariki e arai ana ki nga paura mesoporous, engari ma te tupato ki te whakahaere i te mahinga sol-gel te pāmahana rūma, kua puta ano nga monoliths karaehe pore nui, aerogels ranei.Ka hangaia te matrix silica na roto i te hauwai me nga tauhohenga condensation o tetra-alkyl orthosilicates (30).Ko te mea nui ki te whakahaere i te hanganga pore ko te whakamahi tauira, hei tauira, he micelle momo-surfactant, huri noa i te hanga o te matrix silica.Ina tāpirihia he wai katote hei ngota ngota tauira, ka pahekoheko te matrix silica hydrated ki te wai katote, ka hanga he ra, ka mutu te whakamaroke me te whakamaroke, ka herea te wai katote ki roto i te matrix silica nanoporous totoka (13).Ina whakauruhia te tote lithium hei waahanga tuatoru, ko te ILE kei roto i te matrix silica ka hanga he electrolyte gel silica, kua kiia hoki ko te ionogel (24).Heoi, tae noa ki tenei wa, e whakaatu ana enei electrolytes silica gel i nga mahi e tata ana ki tera o te nuinga o te ILE engari kaua e neke ake, engari mo tetahi keehi i mahi matū te silica (tirohia te Whakataki) (18).

I konei, ka whakaatuhia e matou, te whakatairanga nahanaha o te kawe Li-ion o te nanocomposite i tua atu i tera o te ILE parakore.Ko te tauira o te 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) ka whakamahia i konei.E whakapaetia ana ko te whakaurunga o nga ngota ngota wai katote i runga i te mata silica kua mutu te OH ka whakatairangahia e te noho o te paparanga wai hukapapa atanga.Ko te kaha o te hononga hauwai i waenga i te wai hukapapa me te TFSI− anion ka whakaawe i te raupapa irapoi o te wai katote, he rite ki nga rohe kua oti te hanga i roto i nga wai katote (31).Ko te rereketanga nui me nga rohe hanga matapōkeretia i roto i te nuinga o te ILE ko te mahi a te paparanga tio hei paparanga mahi e (i) te whakaawe i te raupapa ngota i runga i te mata waikura me te (ii) te whakauru i te hononga-H kia kaha ki te kukume i nga dipoles ki te tuku Li+ koreutu. mo te whakapai ake i te kawe.I te taha o te pikinga o te kukū Li+ kore utu, ka whakaatuhia he iti ake te kaha whakaoho mo te whakamaaramatanga i te taha o te atanga hiato me te paparanga ILE kua whakakoihia me te paparanga wai hukapapa.

Ko te paparanga wai mata torutoru-monolayers-matotoru i runga i te silica he paparanga totoka-rite, i te mea e tino herea ana ki nga roopu silanol na roto i nga piriti-H, no reira ka kiia ano he paparanga tio (32).Ko tona kiato me te matotoru (e kiia ana ki te toru ki te wha nga paparanga kotahi, me te ~0.25 nm mo ia tio kotahi) kei roto i te taurite thermodynamic me te pehanga wai wahanga [te haumākū whanaunga (RH)] i te taiao (piki S2).Ka whakaatu matou ka piki ake te kawe katote ki te matotoru o te paparanga wai tio i te mea ka piki hoki te hononga hauwai ki nga paparanga katote adsorbed.He rite tonu te paparanga wai tio ki te wai karaihe i roto i nga puhui matū.He tino rereke tenei ki nga wai hiko tino kaha, e kiia nei ko te wai i roto i nga ranunga tote, ka tino whanui te matapihi hiko engari, ka mutu, ka kaha tonu te mahi hiko o te wai (33).

He rereke mai i nga tohutaka katoo katoo-kaokawa, ka whakamahia e matou he ranunga pH 5 ngawari me te taikaha nui o te wai me te PGME (1-methoxy-2-propanol) i taapiri atu ki te tote TEOS me te tote Li-TFSI me te wai katote BMP-TFSI.I tenei pH, he puhoi nga tauhohenga hauwai, i te mea he pai te whakamaarama (30).E whakaponohia ana ko nga katote Li hei whakakorikori mo te tauhohenga hauwai, na te mea karekau he whakangao i puta i te kore o te tote lithium i te mea he rite te pH o te rua o te 5. i tohuhia he uara x me te rereke i waenga i te 0.25 me te 2. Ko te tauwehenga molar o te BMP-TFSI ki te Li-TFSI i puritia ki te 3 (e rite ana ki te otinga 1 M Li-ion).Me puhoi te whakamaroke kia mau tonu te hanganga o te hanganga monolith (tirohia nga Rauemi me nga Tikanga).Ko te Whakaahua 1A e whakaatu ana i tetahi whakaahua o te pereti monolithic i riro mai i muri i te whakamaroke korehau.Ko te whakamaroke korehau 72-haora i ranea ki te tango i te makuku katoa tae noa ki te waahi ka tangohia nga wai kore utu katoa i te wa e mau tonu ana te paparanga wai hukapapa kua mau, e ai ki ta FTIR.Karekau he wiri mo te wai kore utu i kitea i te 1635 cm−1 i roto i tetahi o nga tauira i muri mai i te whakamaroke korehau (Fig. 2).Hei whakataurite, ka whakaatuhia te hiranga FTIR mo te tauira nano-SCE (x = 1.5) kua rongoa mo te 1 wiki i roto i te pouaka karapu N2 i te 60% RH.I tenei keehi, ka puta mai he tihi wai kore utu.Ko nga tauira katoa, i tetahi atu taha, i whakaatu he tohu maamaa mo te mahi o te silanol mata (Si─OH piko i waenga i te 950 me te 980 cm−1) me tetahi paparanga wai hukapapa (O─H e toro ana ki ~3540 cm−1) kua herea ki nga roopu mata ─OH ma te hono-H (he korero ano kei raro nei).I paunatia nga ipu i mua i muri i muri i te whakamaroketanga ki te ine i te wai i mau ki te nano-SCE (tepu S1).A muri ake nei, ka tatauhia e matou te maha o nga taapapa kotahi o nga papa hukapapa-a-mata mai i te taumaha.I mauria mai nga pire whakamaroke korehau ki roto i te pouaka karapu [<0.1-ppm (wahanga mo ia miriona) H2O] ka rongoa ki roto i nga ipu kati kia mau tonu ai te wai taketake.I tangohia mai he pukapuka iti mai i te pellet mo etahi atu tohu.

(A) Pikitia o nga pire nano-SCE e rua (taha maui) kua whakahiatotia i roto i te ipu;i muri i te whakakao, ka whiwhihia he pire maramara.Kia mahara he tino marama te pire, na reira i hoatu he hue kahurangi kia kitea.Ina tangohia te ILE, ka noho tonu he pire ma mo te matrix silica tino poha (matau).(B) Te tirotiro i te ahua o te microscopy electron (SEM) o te matrix SiO2 e toe ana i muri i te tangohanga o te ILE.(C) Topa o te pikitia e whakaatuhia ana i te (B) e whakaatu ana i te ahua mesoporous o te papanga matrix me etahi macropores.(D) Whakawhitinga irahiko moroiti (TEM) whakaahua e whakaatu ana i te tarapi kiato o te 7- ki te 10-nm silica nanoparticles hei para hangahanga o te papanga porous matrix.(E) Ko te porosity o te hanganga matrix kua tohua mo nga owehenga molar rereke o te ILE mo te SiO2 (x uara).Ko te raina taia e homai te porosity ariā i whakatauhia mai i te hautanga rōrahi o te ILE me te silica.I whakamarokehia nga tauira kua horoia ki te acetone (nga tapawha pango) ki te hau, ka horo te wahanga o te hanganga mo te x > 0.5.Ko te whakamaroke CO2 nui o te nano-SCE (porowhita kaakaariki) kua horoia te waihano kia kore e taka ki te x = 2 mo te tango puhoi ake o te CO2 (porowhita tuwhera).BET, Brunauer-Emmett-Teller.He nama whakaahua: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) IR tūāwhiorangi o te nano-SCE kua maroke i roto i te korehau (pango) me muri ka whakamarokehia i roto i te pouaka karapu me te 0.0005% RH mo nga ra 9 (puru) ka kitea ki te 30% RH mo nga ra 4 (whero) me te 60 % RH mo nga ra 8 (matomato), ia.au, wae noa.(B) Voltammograms cyclic of a Li/SCE/TiN stack with x values ​​of 1.0 (puru), 1.5 (matomato), and 2.0 (whero) and of ILE reference (pango);ko te whakauru e whakaatu ana i te ia i roto i te tauine arorau.(C) Voltammograms cyclic o Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 tāpae (whero), ILE (pango iraira), me ILE spiked ki te 5 taumaha % (wt %) H2O (raina kikorangi-ira puru);i roto i te (B) me te (C), ko nga inenga me te ILE me te ILE me te H2O i mahia i roto i te whirihoranga hiko hiko e toru me te TiN hei hiko mahi me te Li hei porotiti me nga hiko tohutoro.I whakamarokehia te SCE mo nga ra e 2 i roto i te pouaka karapu i muri i te whakamaroke korehau.

Ko te kawe katote (σi) o to tatou nano-SCE kua whakahiato-kore i te hautanga o te rōrahi o te ILE (x uara) mo nga hiato matūriki (piki S1).Heoi, i roto i tenei take, ka nui ake te kawe katote i to te ILE parakore ake i te 200% mo nga uara x teitei (Fig. 3).I tua atu, ko te whakawhirinaki o te pāmahana o te nano-SCE me te whakarei ake i te kawe katote i whakaatu i te whanonga rereke atu i tera o te ILE parakore: I te mea ko te Li-TFSI i roto i te BMP-TFSI ILE e whakaatu ana i te huringa marama o te kawe me te kaha o te whakakorikori (slope) huri noa i te rewa. ira o te ranunga i te 29°C, ko te nano-SCE me te whakakaha ake i te kawe kore.Engari, e whakaatu ana i te rereke haere tonu o te σi me te pāmahana, e tohu ana kua hanga he momo waahanga, mesophase ranei i mua ake nei, ko te kawenga mo te whakakaha ake i te kawe.I tua atu, ko te iti o te pikinga me te iti ake o te kaha whakahohe mo te whakamaarama mo te nano-SCE ka whakaritea ki te ILE e tohu ana i nga ahuatanga o nga rawa rereke (piki S3).E whakapaetia ana ko te pahekoheko kaha i waenga i nga ngota ngota wai katote me te paparanga hukapapa totoka i runga i te scaffold silica te kawenga mo te whanonga mesophase kua kitea, pera ka korerohia me te tauira e whakaarohia ana i raro nei.

(A) Te ti'aturi i te pāmahana o te kawe o nga nano-SCE kua whakamarokehia mo nga ra 8 i roto i te pouaka karapu (GB) me nga uara x o te 2 (nga tapawha pango), te 1.75 (nga porowhita karaka), te 1.5 (nga tapatoru puru), me te 1.0 (nga tapatoru matomato. ) me te tohutoro ILE (nga tapawha tuwhera).(B) Ko te kawe o nga nano-SCE kua whakamaroke ano ki te GB mo nga ra 0 (tapawha kaakaariki), 10 ra (nga tapatoru pango), me te 138 ra (nga tapatoru kikorangi).(C) Conductivity versus root square of drying time of nano-SCE with x values ​​of 2 (pango tapawha), 1.5 (puru tapatoru), 1.0 (matomato tapatoru), me te 0.5 (parauri taimana).(D) Ko te kawe o te nano-SCE me te x = 2 (te tapawha pango), te 1.5 (te tapatoru puru), me te 1.0 (te tapatoru matomato) e kitea ana i roto i te ruma haumākū kapi N2.

He iti iho i te 0.1 ppm te wai o te hau argon i roto i te pouaka karapu, e rite ana ki te 0.0005% RH, te pehanga wai wahanga o te 0.01 Pa, te toka toka ranei o -88°C.I te mea kei te taurite te maha o nga paparanga wai whakapoipoi i runga i te silica kua mutu te silanol me te pehanga wahanga o te wai (piki S2), ka marara haere te wai mata i roto i te nano-SCE, ka iti ki nga tapa.Ko te ahua 3C e whakaatu ana i te huringa o te kawe mo te 23 μl o te nano-SCE hei mahi mo te wa noho i roto i te pouaka karapu.Ka heke te kawe katote me te whakamaroke tae noa ki te kuhu ki te uara e rite ana ki te mata silica i te taurite me te pehanga wai o te 0.01 Pa i roto i te pouaka karapu.Ahakoa i raro i nga ahuatanga tino maroke o te pouaka karapu, i te iti rawa, kei reira tetahi waahanga monolayer o te wai whakauru i runga i te silanol, i te mea kei te whakaatu tonu a Raman spectroscopy i tetahi tohu i te 3524 cm−1, he mea motuhake mo te monolayer tuatahi o te wai whakauru i runga i te silanol. (Whakaahua 4B).Ko te kawe katote i raro i nga tikanga kukū he iti ake i tera o te ILE takitahi i nga keehi katoa.No reira, kare e ranea te whakanikotanga hei utu mo te ngaronga o te kawe katote o te ILE kua herea i roto i te uho o te pore.

(A) IR spectra of nano-SCE me te uara x o te 1.5 (whero), te tohutoro ILE (pango), me te SiO2 (puru), e whakaatu ana ko te roopu O═S═O (1231 cm−1) kei roto i te te taunekeneke me nga roopu-OH i runga i te mata silica.(B) Raman spectra o te nano-SCE me nga uara x o te 2 (pango), 1.5 (whero), me te 0.5 (puru), e whakaatu ana i te aroaro o te wai hukapapa i herea ki runga i te silica kua mutu te silanol ahakoa mo te nano-SCE tata ki te waiwai (0.0005). % RH) i roto i te pouaka karapu (30 ra).(C) Ko te tauira e whakaarohia ana mo te taunekeneke atanga i roto i te nano-SCE me te wehe i te Li-TFSI ki te Li+ kore utu i te mea ka tohatohahia e te TFSI− anion tetahi wahi o tana utu kino ki te paparanga tio-TFSI-BMP kua whakauruhia;Ko nga tae e tohu ana i nga huānga rereke me te papura (silicon), te whero (lithium), te kowhai pouri (te whanariki), te karaka (hauora), te puru (hauota), te ma (waiwai), me te matomato (fluorine).Ko nga raina taiawhio papura e tohu ana i te here hauwai i waenga i te roopu O═S o te anion TFSI me nga roopu-OH o te mata silica hydroxylated.Ka taea e nga katote Li+ kua whakawāteahia e te dipole i runga i te paparanga whakauru ka heke ma roto i nga paparanga wai katote katote i runga ake i nga papa atanga.Kia mahara kei runga i te kaha o nga here hauwai me te utu rite i runga i te silica, ka taea hoki te hanga i te paparanga whakauru maha.Kei te whakaatu te tuāwhiorangi katoa i te piki.S8.

Ko tetahi tirohanga whakamere ko te hononga raina me te pakiaka tapawha o te wa whakamaroke penei i te Whakaaturanga 3C, e tohu ana ko te huringa o te kawe he orite tika ki nga huringa o te nui o te wai hukapapa i uru ki runga i te silica me te tangohanga o tenei wai mata he he iti te tohatoha.Kia mahara ko te "maroke" ka puta anake i roto i te taiao tuwhera kei raro iho te RH mo te paparanga hukapapa taurite.Kaore i tino rerekee te kawe, hei tauira, i roto i nga putunga putea kati e whakamahia ana mo nga inenga-a-mahana.

Ko te ti'aturi o te pāmahana o te nano-SCE i inehia mo nga wa rereke o te whakamaroke i roto i te pouaka karapu.I te wa e tata ana te kawe o te nano-SCE maroke ki tera o te ILE, ka huri haere tonu te σi ki te 1/T mo te kawe mesophase ki te tohu mo te ILE, ka kitea ano te maturuturunga iho huri noa i tona ira whakarewa (whakaahua S3).Ko tenei tirohanga ka tautoko ake i te whakapae ka mahi te paparanga tio hei paparanga mahi mo te taunekeneke atanga me te ILE, ka puta te whanonga mesophase i roto i te nano-SCE.No reira, ka tangohia te paparanga mahi, ka noho noa te ILE ki roto i te kiriuhi waikura mesoporous.

Ko nga inenga o te matapihi whakapumau hiko hiko e whakapumau ana he pumau te wai tio i roto i te nano-SCE, na te mea karekau he tihi mo te whakaheke wai, te waiora ranei i kitea i te inert TiN electrode (Fig. 2) kaore ano hoki i te TiO2 angiangi-kiriata hiko, e mahi kee. hei whakakorikori hiko mo te whakaheke wai.Engari, ko te pumau hiko o te nano-SCE he tino rite ki tera o te ILE me te iti o te waiora o te TFSI− i nga hiko hiko> 4.3 V me te whakahekenga o te TFSI- me te BMP + i nga kaha <1 V ki te Li+/Li (33).Hei whakataurite, ka whakaatuhia he voltammogram mo te ILE me te 5 taumaha % (wt %) te wai i tapirihia (he rite nga ihirangi mo etahi nano-SCE; tirohia te ripanga S1).I tenei ahuatanga, ka inehia he peka cathodic mo te whakaheke wai i muri tonu mai i te tihi-whakawhitinga Li o anatase i te 1.5 V ki te Li+/Li.

Ko te waiariki me te (hiko) matū pumau o te nano-SCE ko te nuinga o te waa e whakatauhia ana e te whakakii ILE.Ko te tātari Thermogravimetric (TGA) i whakaatu i te pumau o te waiariki o te SCE me te ILE tae atu ki te 320°C, ahakoa te tauwehenga ILE-ki-silica (piki S4).I runga ake i tenei pāmahana, ko te Li-TFSI me te BMP-TFSI ka pirau katoa ki nga waahanga karekau, ka noho ko te matrix silica anake kei te 450°C.Ko te paheketanga papatipu e toe ana i muri i te waiariki he tino pai ki te hautanga o te silica i te SCE.

Ko te nano-SCE karekau he hangahanga moroiti marama i roto i te matawai irahiko miihini (SEM) engari mo te mata maeneene me etahi papanga silica e tiro atu ana (whakaahua S5).I whakatauhia te kiato motuhake o te SCE me te helium pycnometer, he tata ki te 1.5 g/cm3 mo nga uara x katoa (tepu S1).I kitea te matrix silica ki tonu i te tangohanga hoha o te ILE i roto i te whakarewa (tirohia nga Rauemi me nga Tikanga).Mā te āta whakamaroke i te wāhi tino nui o CO2, ka taea te tiki mai i nga monoliths airgel kia rite ki tera e whakaatuhia ana i te Whakaahua 1A.Ko te tirotiro a SEM e whakaatu ana i te scaffold o te silica mesoporous me te 10- ki te 30-nm pore diameter, he mea takai ki nga macropores nui ake o te 100 ki te 150 nm, ka kitea i te Whakaahua 1 (B me C).Ko te mokete irahiko tuku taumira teitei (TEM) (Fig. 1D) i kitea ano he hangahanga moroiti i tito mai i nga matūriki nano silica.Ko te diameter matūriki toharite mai i te 7 ki te 14 nm mo nga uara x i waenga i te 0.5 me te 1.5.

Ko te waahanga mata motuhake [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], te porosity, te rahi o te pore toharite, me te tohatoha rahi o te pore i whakatauhia me nga inenga N2 adsorption/desorption (tepu S1 me te piki. S6).Ko te tiangotanga o te hanganga me te tango kore oti o te ILE kua whakapohehehia pea ka pohehe i nga nama.Ko te tangohanga tupato o te wai katote me te whakamaroke puhoi ma te whakamahi i te CO2 supercritical kua whakaratohia, heoi, ko nga hua pono e tata ana ki te porosity e tumanakohia ana ka tatauhia mai i te hautanga rōrahi o ILE ki te silica (Fig. 1).Ko te horahanga mata o te BET kei waenga i te 800 me te 1000 m2/g.Ko te rahi o te pore toharite i puta mai i te titahatanga o te hauhanga i waenga i te 7 me te 16 nm.I tua atu, he iti ake te hautanga o nga pores nui ake ki te 200 nm i inehia (piki S6), i runga i nga kitenga SEM.He pai te rite o te diameter pore ki te rua o te rite te matotoru o te paparanga ILE i riro mai i te hautanga rōrahi ILE me te horahanga mata o te BET, ko te tikanga kua whakakiia katoatia nga mesopores ki te ILE.

Ko te horahanga mata o te BET kua panuitia mo nga mesopores me nga macropores anake.Mo te matrix i horoia acetone, i ine ano nga micropores (~0.6 nm).Ka kitea nga micropores i waenganui i nga mahanga nano silica takitahi e hanga ana i te hanganga pera me era e whakaatuhia ana i te ahua TEM o te Whakaahua 1D.Ko te morahi o te horahanga mata i waenga i te 650 (x = 0.5) me te 360 ​​m2/g (x = 1.5) ka whakatauhia (tepu S1).

Ko te FTIR me Raman spectra e whakaatu ana i nga taunakitanga marama mo nga roopu silanol me nga ngota ngota wai hukapapa i uru ki runga i te matrix silica porosity teitei me nga waahi mata tino whai hua nui ake i te 1400 m2/g ina whai whakaaro ki nga micropores, mesopores, me nga macropores.I waenganui i te kore me te toru nga taapapa wai ka whakatauhia mai i te taikaha o te wai i roto i te nano-SCE mo te x <1.75.Mo te silica planar, ko nga taarua tuatahi e toru o te wai whakauru ka kiia he kore e neke me te ahua totoka na te kaha o te hononga hauwai ki te mata kua mutu te OH (32) (tirohia te piki S2).Ko te toronga O─H e hono ana ki te silanol hauwai e herea ana ki te paparanga wai hukapapa ka kitea i te 3540 cm−1 i te hihinga FTIR.Ko nga nano-SCE katoa e whakaatu ana, he pono, he tihi motuhake i te 3540 cm−1 mo te wai hukapapa i muri i te whakamaroke korehau me te whakamaroke ano i roto i te pouaka karapu (Fig. 2).Ahakoa mo te nano-SCE equilibrated i te 0.0005% RH (pouaka karapu), ka whakaatu tonu a Raman spectroscopy i te aroaro o te iti rawa o te waahanga kotahi (Fig. 4B).E whakaponohia ana he paparanga tauwhiro te wha o nga taarai i runga i te silica planar, ko te tikanga kei te whakauru tonu me te aukati engari ka taea te neke haere.Mai i te paparanga tuarima, ka huri haere te wai, ka rite ki te wai.Ka puta ake te wai-rite ki nga tau ngaru teitei ake i te awhiowhiowhio FTIR na te iti iho o te herenga-H i roto i te wai wai.Mo te nano-SCE e kitea ana ki te 60% RH, ko te 3540-cm−1peak e whakaatu ana i etahi atu wiri kua neke atu ki nga tau ngaru teitei ake na te taapiri o te paparanga wai wai.Ko te mea whakamere i roto i tenei whakaaro ko te whakamatautau i kitea te tauira ki te 30% RH, i te mea kaore ano he wai wai e tatari ana i runga i te silica i tenei haumuku (piki S2).Mo tenei tauira, ko te tihi 3540 cm−1 anake mo te wai huka ka kitea i FTIR.I tua atu, kaore i kitea he tihi wai kore utu i te 1635 cm−1 ahakoa i muri i nga ra e 4 i te 30% RH.Ko te tikanga kaore te wai e tangohia e te Li-TFSI hygroscopic kua memeha i roto i te BMP-TFSI hydrophobic i te wa ka maroke te nano-SCE e te maimoatanga korehau.No reira, ko etahi atu wai kei roto i te SCE ka uruhia ki runga i te mata silica kua mutu te OH.No reira, mo te silica planar, kei te taurite te matrix silica SCE me te pehanga wahanga o te wai i te taiao.

Hei whakamatautau ano i tenei whakapae, i inehia te kawe katote o te nano-SCE (x = 1, 1.5, me te 2) i te % RH rereke;ka noho nga tauira ki te ranunga hau N2 maroke me te makuku i roto i te pouaka karapu mo nga ra e 2 kia taea ai e te kapi o te wai whakauru te taurite (Whakaahua 3D).Mo nga tohu i te ~ 0% RH, i tangohia te kawe mo te nano-SCE kua whakaritea i roto i te pouaka karapu.He mea whakamiharo, i whai te ahua o te kawe katote ki te RH(%) i te whanonga e tumanakohia ana mo te urunga wai i runga i te silica planar (piki S2).I waenga i te 0 me te 30% RH, ka piki te kawe i te pikinga o te RH.i runga i te whakaaro mo te pikinga o te kiato me te matotoru o te papa hukapapa whakauru (e rite ana ki te kotahi ki te toru nga papa hukapapa i runga i te silica planar).Kia mahara ko te FTIR i whakaatu kaore he wai kore utu i roto i te nano-SCE mo etahi ra i te 30% RH.Ka kitea he whakawhitinga huri noa i te 50% RH, e rite ana ki nga ahuatanga e tumanakohia ana he paparanga wai whakauru whakawhiti mo te silica planar.I te mutunga, ka kitea he pikinga ake o te kawe katote ki te 60% me te haumākū teitei ake, he rite ki te silica planar, inaianei, ka hanga ano he paparanga wai-rite ki te atanga i waenga i te silica me te ILE kua mau.Ma te FTIR, ka kitea he papa wai wai i runga i te paparanga tio i te neke o te silanol/tio/wai ki te kaha teitei ake (Fig. 2A).Ko te huringa i kitea i roto i te kawe ka taea te huri;no reira, ka taea e te nano-SCE te mahi hei puoro haumākū me te electrolyte Li-ion.Mai i te Fig. 3D, ko te kawe katote o te nano-SCE i muri tonu mai i te waatea o te hau e rite ana ki te equilibrium hydrated silica o ~10% RH.Ko te kawe katote mo te waiwai i roto i nga ahuatanga ruma maroke (~ 0.5% RH) ka tata ki te 0.6 mS/cm (mo te x = 2).Ko tenei whakamatautau e whakaatu ana i te paanga o te wai atanga ki te kawe katote.Mo te RH> 60%, ka taea te whakamaarama i te kawe katote teitei ake ma te tere tere o te whakamaaramatanga o te Li+ kua whakarewahia i roto i te paparanga wai-rite.Heoi, mo te paparanga hukapapa totoka, ko te whakarara katote Li+ he momo momo torangapu totika, na reira he puhoi ake i te wai katote tonu.Engari, ko te whakanikotanga ko te whakakaha ake i te whakaurunga o nga anion waro me nga katote o te Li-tote me nga ngota ngota wai katote, pera i te tauira i raro nei.

Ka whakatakotohia e matou he tauira ka uruhia nga ngota ngota wai katote ki runga i te mata silica ma nga piriti-H me te paparanga hukapapa kore i runga i nga roopu silanol (Fig. 4).Ko te ahua o roto o te tauhohenga whakamaarama hauwai e whakarato ana i te kiato silanol teitei rawa (4 × 1014 ki te 8 × 1014 cm−2, he pai ki te kiato o te kotahi monolayer o te hukapapa me ~8 × 1014 ngota wai mo ia cm2) (34).Ko nga taunakitanga mo nga tauwhitinga ngota i waenga i nga ngota O o nga anion TFSI me te silica e homai ana e te FTIR, e whakaatu ana i te rua o te tihi O═S═O mo nga nano-SCE katoa i whakaritea ki te tohutoro ILE (Fig. 4A; spectra full i te ahua S8).Ko te neke o te tihi taapiri me te −5 cm−1 mai i te 1231 cm−1 e tohu ana i te hononga o nga roopu O═S═O mo tetahi waahanga iti rawa o nga anion TFSI.No reira, ka whakaarohia te hononga-H o nga anion TFSI i runga i te paparanga wai hukapapa.I muri mai, ka hono nga kaona BMP hydrophobic nui ki te paparanga TFSI tuatahi, ka whakaoti i te paparanga whakauru tuatahi o nga ngota ngota wai katote.Mo te paparanga tio, ko nga ngota ngota BMP-TFSI kua whakaemihia e kiia ana ko te nuinga karekau e nekehia, na reira ka toro atu te paparanga tio totoka-rite ki runga i te mata silica.I te mea he roopu O═S═O hangarite te anion TFSI, ka taea e tetahi ngota hāora te pahekoheko ki te mata silica hydroxylated ko etahi atu ka hanga i nga tohu piri mo nga cation BMP.E rua ano nga roopu O═S═O o te TFSI anion, e whakapumau ana i te whakaurunga me te ota kiato o te monolayer anion.He tino pai te urunga i roto i te take o te paparanga hukapapa me te kiato teitei o nga roopu-OH hei tohu piri.I te aroaro o nga roopu silanol anake, kare pea te kaha o te urunga ki te hanga i tetahi paparanga adsorbate tonu.I tua atu, ka nui haere te maha o nga taarua hukapapa e mohiotia ana hei whakanui ake i te kaha o te here hauwai (35).Kia mahara ko nga tauwhitinga ngota i waenga i te BMP cation me te TFSI monolayer kua whakahauhia ka rereke mai i tera i roto i te wai katote kei reira te TFSI anion he waatea hurihuri, kaore he polarization mai i te mata o raro.Ko te utu o te cation BMP nui ka tohatohahia ki runga i nga ngota maha na roto i te polarization o nga here o roto me nga taunekeneke irapoi me tona taiao matū, me te mea, ko te anion TFSI kua whakauruhia.Ko te hononga-H i waenga i te roopu-O o te TFSI anion me te OH-whakamutua o te paparanga tio inaianei ka whakaurua he dipole ki runga i te paparanga whakauru tuatahi, me te whakaawe i etahi atu ota rapoi ma te hononga.E whakaponohia ana i tenei wa, ka uru nga ngota ngota Li-TFSI iti ki runga i te paparanga ngota e utu ana te anion TFSI inaianei i te toenga o te utu dipolar pai o tetahi, neke atu ranei o nga cation BMP i te paparanga o runga, no reira ka wetekina tona hononga ki tana Li. katote.I tenei ara, ka piki ake te kukū o te Li+ kore utu ki tenei atanga, ka piki ake te kawe katote.No reira, ka whakauruhia e nga papa tio he nui ake, he nui ake te toenga o te utu hei utu, ka nui ake te kukū o te Li+ koreutu me te kawe katote.

I runga ake o te paparanga ILE kua uruhia, ka taea e tetahi atu paparanga ILE te whakauru rite ki nga paparanga maha o te hukapapa i runga i te silica, he ngoikore rawa ranei te kumete o te paparanga tio me te ILE herea mama kei runga, katahi ka taea te kawe i te wai-rite mo ko nga katote Li+ i tukuna i te paparanga whakararo o raro (Fig. 4C).Ko te huringa o te kukū katote Li+ kore utu i whakamanahia e nga inenga hihinga NMR me Raman.Ko nga inenga Raman e whakaatu ana he hautanga nui ake o nga katote Li+ kore utu kei roto i te nano-SCE me te maha atu o nga papa wai tio e herea ana ki te silica (Fig. 5).Ka ine te Raman i te hononga o te cation me te TFSI ma te tirotiro i te wiri o te roopu-N o te anion TFSI (36).I roto i te wai katote BMP-TFSI parakore, kotahi noa te tihi i te 741 cm−1 ka kitea.I roto i te take o te ILE parakore, ka kitea he tihi taapiri i te 746 cm−1 i reira e rua nga anion TFSI e ruruku ana me te katote Li+ kotahi [tirohia nga tatauranga aria mahi kiato (DFT) i roto i nga Rauemi me nga Tikanga].Mo nga nano-SCE katoa, ko te kaha o te tihi i te 746 cm−1 he ngoikore ake i tera mo te ILE, e tohu ana he iti ake te hautanga o te Li-TFSI e hono ana, a, na reira, he hautanga nui ake o nga kaona Li+ korekore, kore utu ranei.Ka tino heke te tihi mo era nano-SCE e whakaatu ana i te whakakaha ake o te kawe, ara, ko nga mea he paparanga hukapapa tino matotoru.Mo te nano-SCE i te taurite i roto i te pouaka karapu, he hautanga o te Li+ kore utu ka ine ahakoa he iti ake i nga tauira kua rea-kore.Ko te ōwehenga o te kaha teitei mo te 746 i runga i te 741 cm−1 Raman neke ka he ine o te ōwehenga o te kore utu ki te TFSI-hono Li-ions (Fig. 5B).Ko te pikinga raina o te hautanga katote Li+ kore utu me te uara x he pai te whai i te ia o te whakareinga kawe me te uara x i te Whakaahua 3B, mo te mio-SCE maroke maroke (ra 0) me te SCE i te taurite me te maroke pouaka karapu (ra 138).

(A) Raman spectra o te wai katote (IL; raina puru iraira) me te tohutoro ILE (ILE; raina-iraira) o rite rite nano-SCE (maroke korehau) me nga uara x o 0.5 (matomato), 1.5 (kowhai) , me te 2 (parauri) me te nano-SCE (x = 1.5) ka whakamarokehia ki roto i te pouaka karapu mo te 30 ra, tata ki te waiwai i te 0.0005% RH (whero).Ko nga raina poutū e tohu ana i te neke Raman mo TFSI me tona pokapū N i ruruku ki te Li+ (746 cm−1) me te kore e ruruku ki te Li+ (741 cm−1), ia.(B) Tauwehenga o te kore utu ki te ruruku Li+ o te nano-SCE i whakahiatohia (maroke korehau, porowhita pango) me te whakamaroke ano i roto i nga pouaka karapu me te 0.0005% RH mo nga ra 30 (taimana puru), e rite ana ki te tauwehenga o te kaha whakauru o te Ko nga tihi o Raman (746 cm−1 neke atu i te 741 cm−1).(C) PFG-NMR-i ahu mai i a Li+ te whakarea whakawehenga whaiaro o te nano-SCE (taimana whero) me te ILE ref.(nga tapawha pango) hei mahi mo te mokowhiti i waenga i nga pumanawa papa autō.I whakatairitehia nga tihi o runga o Raman ma te whakamahi i te tatauranga DFT.

Mai i te rōnaki-marae NMR (PFG-NMR), i whakatauhia te whakarea-whakawhitinga-whaiaro o nga momo momo Li-ion pūkoro rereke hei mahi mo te waahi i waenga i nga pupuhi papa autō ∆ mo te tohutoro wai ILE me mo te nano- SCE (x = 1.5) he rite tonu te kawe katote o te 0.6 mS/cm (Whakaahua 5C).Ko te whakarea-whaiaro-whaiaro Li+ i roto i te tohutoro ILE he rite tonu, e tohu ana he kotahi, he maha ranei nga momo Li he rite tonu te nekeneke kei roto i te wai.Mo te nano-SCE, he rereke te rereketanga o te whakamaarama whaiaro ki te ∆ me te nui ake o te ILE i te ∆ poto, e tohu ana i te aroaro o nga momo tere tere e whakautu ana i nga wa poto noa i waenga i nga pupuhi papa.Ko te rōnaki i roto i te whakarea whakawehenga-whaiaro e tohu ana i te taha o te pikinga o te kukū Li-ion kore utu, i whakatauhia mai i te hihinga Raman, ka whakahekehia te kaha whakaoho mo te whakamaarama i roto i te paparanga atanga mesophase.Ka tautoko tenei i te whakanikotanga kawe i whakauruhia e nga katote Li+ koreutu (nui atu) i te paparanga mesophase.I te roa ∆, he iti iho te whakarea whakawehenga whaiaro i tera o te tohutoro ILE.Ka whakamanahia e tenei te iti rawa o te kawe katote mo te pouaka karapu-kukui nano-SCE ki te ILE.Ko te ILE kei roto i te matua o nga mesopores ka nui ake te poiketanga na te aukati o te nekehanga ngota.No reira, ko te whakarei ake i te hanga o nga Li-ion tere tere atu i te atanga silica/tio/ILE ka nui ake te utu i te hekenga o te kawe i te puku o te pore.He whakamarama tenei mo te korenga o te whakarei ake i roto i nga punaha matūriki kaore e taea e nga atanga te whakarato i te whakatairanga kawe katote (whakaahua S1).

I whakamatauhia te pumau hiko o te nano-SCE ki te whakarewa lithium ma te whakamahi i te tatūnga hiko e toru (ka whakaatuhia te mahere o te tatūnga i te piki. S7).Ko te ahuatanga o naianei-pumanawa o Li/SCE (x = 1.5) me Li/ILE haurua-waahanga e whakaatuhia ana i te Whakaahua 6A.Mo te matapihi hiko i roto i te Whakaahua 2, he iti te hikohiko e te whakakii ILE.Ka kitea te whakakikorua lithium e taea te huri me te tango.Ka hangaia he paparanga electrolyte interphase (SEI) totika ki te lithium whakarewa me te RSEI tata ki te 0.9 kiro-ohm·cm2, te kawenga mo te maturuturu nui o te IR i roto i te pihi iU ki nga taha cathodic me te taha anodic.Ko te ia cathodic i roto i nga wairewa ILE parakore kaore i whakaatu i te hysteresis ki raro ki te -2.5 mA/cm2.Heoi ano, ko te whakakorenga anodic i whakaatu i te tihi passivation me te 0.06 mA/cm2 anake.Ko te peka o te naianei cathodic i te atanga Li/SCE totoka-totoka kaore i whakaatu i te hysteresis mo nga ia cathodic iti iho i te −0.5 mA/cm2.Ko te aukati o te SEI, heoi, tata ki te rua.Waihoki, he iti ake te tihi anodic me te naianei pumau i muri i te tihi passivation anodic ko 0.03 mA/cm2, ko te haurua anake o te otinga ILE parakore.Ko te hanganga o te SEI me nga papahanga passivation i roto i nga pores o te SCE ka whakawhäitihia te naianei i te whakarewa lithium.Ko nga voltammograms e rua mo te Li/ILE me te Li/SCE electrodes i taea te whakaputa i runga i nga huringa maha, e tohu ana ko te paparanga passivation anodic me te paparanga SEI matū he whakahuri me te pumau.Ko te puhoi o te whakakore i te atanga Li/SCE ka tino whakawhäiti i te mahi o nga haurua-waahanga i hangaia me nga anode whakarewa Li kei raro.

(A) Cyclic voltammogram of nano-SCE (x = 1.5, as synthesized after vacuum drying) (whero) me te tohutoro ILE (pango) i whangangahia i roto i te whirihoranga hiko-toru me te Li hei mahi, porotiti, me nga hiko tohutoro (te aukati SEI i whakatauhia mai i He 0.9 me te 1.8 kiro-ohm·cm2 te hekenga IR i runga i te ia cathodic mo te ILE me te SCE).(B) Ko nga pire utu/whakarerenga piauau o Li/SCE (x = 1)/100-nm kiriata angiangi LiMn2O4 pūtau mo nga huringa e rima i C-reiti o 1C, 5C, me 20C.(C) Voltammograms Cyclic o te Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 me Li / SCE / 30-μm LiFePO4 pūtau hiko paura (1 mV / s).(D) Ko nga piupiu utu / whakahekenga o te Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 paura hiko i te 1C, 0.1C, 0.2C, me te 0.02C.(E) Ko nga piupiu utu / whakahekenga o te Li / SCE / 30-μm LiFePO4 paura hiko i te 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, me te 0.01C.(F) Te kaha (taimana whakakiia mo te whakakorenga me nga tapawha tuwhera mo te whakamaarama) ki te tau huringa o te Li/SCE/30-μm LiFePO4 paura electrode;te matotoru o te SCE i roto i nga ruma kei te 280 μm.Ko te kiato o te LFP me te LTO cathode he 1.9 me te 11.0 mg/cm2, ia.(G) Nga pihinga pea me te wa o te taapu Li/SCE/Li i huri i te kiato o naianei o 0.1, 0.2, 0.5, me te 0.1 mA/cm2.(H) Ko te 1st, 10th, 125th, me te whakamutunga polarization o te tāpae Li/SCE/Li i whakamaua ki te 0.1 mA/cm2, e whakaatuhia ana i (G).Mo te (G) me te (H), he 0.34 mS/cm te kawe o te SCE, he 0.152 cm te matotoru o te pellet SCE.

I whakamahia he kiriata angiangi LiMn2O4 (LMO) 100-nm hei tauira hiko pai hei whakamatautau i te pumau o te nano-SCE me te rauemi hiko i te whakakore i nga take atanga pea i roto i nga hiko hiato matūriki (37).Ko te mahi paihikara o te hiko-kiriata angiangi / puranga SCE e whakaatu ana i te pumau o te atanga i waenga i te electrode me te electrolyte.I roto i tenei tauira tatūnga kiriata angiangi, kotahi anake te hononga atanga kotahi, kua tautuhia pai, me te papaaho kei waenganui i te electrolyte me te electrode, ara, he turanga pai hei ako i te matū hiko o te atanga electrolyte/electrode kaore he take o te huringa rōrahi. , me etahi atu. I roto ano i tenei whakamatautau, kaore i te whakaitihia te mahinga tere e te Li-foil counter electrode, i te mea ko te kiato o naianei (6 μA/cm2 mo te 1C) kei raro iho i tera o te papaahi anodic o naianei mo te haurua lithium- pūtau (0.03 mA/cm2).Ka taea te whakaputa me te pumau mo te ngaohiko tapahi i te 4.3 V mo nga reeti-C i waenga i te 1 me te 20C mo te neke atu i te 20 huringa (Fig. 6B).Ko te LMO kei roto i te wai hiko mo te LiB.Hei tauira, he 50% te whakahekenga kaha i kitea i runga i te 100-nm LMO kiriata utu-tuku mo nga huringa 10 i roto i te LiClO4/propylene carbonate electrolyte i 1C (37).Ko o maatau hua e whakaatu ana he pai ake te nano-SCE ki te LMO i te ahua o te electrolyte wai.

Hei whakaatu i te whakaurunga o te nano-SCE, i hangaia ano e matou nga haurua-a-haurua me nga electrodes paura Li4Ti5O12 (LTO) me te LiFePO4 (LFP).I makahia te otinga o mua ki roto i te pukoro moni ki te whakapouri i nga hiko maiangi ka waiho mo te whakamaroketanga ano i mua i te whakamaroketanga me te whakamaroketanga pera ano mo nga pire nano-SCE.Ko nga ruma e whakaatu ana i nga ahuatanga o te lithiation/delithiation o nga electrodes e rite ana (Fig. 6C).Ko nga au o raro ake mo te LFP i te LTO na te rereketanga o te matotoru paninga.Ko te tere o te mahi i roto i nga inenga utu / whakaheke i tenei wa kua iti ake e te Li-foil counter electrode i pehia ki runga i te paparanga nano-SCE i hangaia i runga ake o te 30- ki te 40-μm-te matotoru o te hiko hiko (Fig. 6, D me E).Ko te pūtau LTO / nano-SCE / Li i tae ki tona kaha teitei o te 160 mA · haora / g anake i te iti C-tere o 0.02C (Fig. 6D).Ka heke tere te kaha uru ki te reiti C me te iti iho i te 10% mo nga reeti C nui ake i te 0.1C.Waihoki, ko te LFP / SCE / Li pūtau i tae ki tona kaha teitei mo te 140 mA · haora / g i te 0.01C (Fig. 6E).Ko te Whakaahua 6F e whakaatu ana i te reiti mahi mo te katoa o nga huringa 30, e whakaatu ana i te whirihoranga pūtau pumau.Ko enei whakamatautau e whakaatu ana i te mahi o te nano-SCE hei Li-ion electrolyte me te whaihua mo te whakauru i roto i nga pūtau Li-ion.

I whakamatauria te pumau, te hurihanga ranei o te nano-SCE ma te whakamahi i te puranga hangarite Li/SCE/Li.I neke atu i te 120 nga huringa i te kiato o naianei o 0.1 mA/cm2 mo nga haora 0.5 (Fig. 6G) kaore he take, he hanganga dendrite ranei (Fig. 6H).Ko te ngaohiko polarization kua iti ake i te wa, e tohu ana i te pai ake o te whakapiri.I tua atu, i kaha te kaha o te pūtau ki te 0.5 mA / cm2 o naianei, kaore he hanganga o nga dendrites lithium me nga tohu o te kino o te nano-SCE, te atanga ranei (Fig. 6G).E mohiotia ana ko te lithium konganuku hei hanga i tetahi paparanga interphase whakamarumaru, SEI ranei i runga i tona mata i roto i nga ILE-a-BMP-TFSI (27).Ka puta ano tenei tauhohenga i te atanga lithium/nano-SCE;i korerohia i raro i te Whakaahua 6A, ka tipu pea te SEI i roto i nga pores, e whakamarama ana i te kaha ake o te aukati SEI mo te nano-SCE i te ILE (tirohia i runga ake).Ko nga tohu mo tetahi paparanga SEI i whiwhi mai i te IR spectra (whakaahua S9).He rite ki te paninga SEI i roto i te LiB puāwaitanga, e whakamaarama ana i te electrode graphite mai i te wai hiko e karo ana i te tauhohenga ake, e whakapono ana matou kei te tiaki ano te SEI i konei i te paparanga wai tio mai i etahi atu tauhohenga mai i te anode lithium whakarewa.Impedance spectra i mua me muri i te polarization o te Li / nano-SCE (x = 1.5) mo nga haora 10 kihai i whakaatu i tetahi huringa i roto i te parenga electrolyte nuinga.Ka hiahiatia nga inenga roa o te mahi eke paihikara hei aukati i te whakamaroke puhoi o te nano-SCE ma te whakarewa lithium, engari ko enei hua e whakaatu ana i tona kaha mo te hurihanga pai o te SCE i roto i nga pākahiko toka-a-te-whakarewa lithium.Heoi ano, ka taea te whakaaro ko nga paninga interphase artificial hei whakapai ake i te atanga atanga.

Kua whakaatuhia e matou ko te whakatairanga katote i nga atanga silica ka taea te whakatutuki ma te whakauru i te paparanga wai chemisorbed i runga i nga mata silica kua mutu te OH.Ko nga anion TFSI ka homi ki runga i tenei paparanga wai ma te hononga hauwai me te roopu hangarite O═S═O.Ko te paparanga o te wai kaore e nekehia, no reira ka titi ano te paparanga TFSI ki te mata.Ko nga cation BMP nui e hono ana ki te TFSI monolayer, na reira ka whakauru i te raupapa irapoi o te TFSI-BMP i runga i te mata.E whakapono ana matou ko te whakamaroketanga puhoi i roto i te taiao wai me te whakamaroke puhoi ka awhina i te whakakotahitanga o te paparanga wai mahi me te paparanga o nga katote waro kei runga ake.I te wa e tohatoha ana te paparanga anion TFSI tuatahi i tetahi waahanga o tana utu kino ki te silica hydroxylated, ka rapu te paparanga cation BMP ki runga ki tetahi atu anion TFSI, ka taea e te maha o nga BMP te tiri i o raatau utu kore utu ki tetahi TFSI (e toru pea ki te kotahi penei i te ōwehenga o IL ki Li-TFSI i roto i te ILE).I te mea he tata tata nga ngota ngota tote Li-TFSI, ka wehe nga katote Li+ ka tukuna kia kore e tere te horahanga ki te taha o tenei paparanga atanga.Mo te pai ake o te kawe, ko enei momo Li+ kore utu e hiahia ana kia kotahi neke atu te paparanga wai katote hei neke.Mo konei, ko te nano-SCE me te iti o te uara x o 0.5 i whakaatu kaore i te pai ake te kawe, i te mea he rawaka te rahinga o te ILE rōrahi/silica mo te kotahi monolayer kati.

I whakaatuhia ano ko te wai mata rite te totoka, te paparanga tio ranei kaore i te kaha hiko.I tenei wa, kaore e taea e matou te whakakore ko te wai hukapapa e hono tika ana ki te mata hiko e kore e tauhohe.Heoi, i whakaatuhia e matou he puhoi te tiritiri-waho o te wai mata, na reira ka kore e kitea.E mohio ana matou ko te poke o te wai, ahakoa he iti, ka waiho hei awangawanga tonu, a ko nga whakamatautau o te huringa ora roa ka taea te whakautu mo te pai o te here o te wai.Heoi, ka taea te whakawhanake i etahi atu paparanga mata e rite ana, nui ake ranei.I tenei ahuatanga, kua whakaatuhia e te roopu o Li te kaha o te paparanga glycidyloxypropyl hei roopu mahi (18).Ko te wai tio he mea taketake ki te silica, no reira he pai ki te ako i te paanga o te mahi o te mata ki runga i te whakatairanga nahanaha te kawe katote, pera i te whakaatu angitu i konei.I tua atu, ko te paparanga mesophase me tona dipole ka whakawhirinaki ki te waikura me nga ngota ngota pararopi kua uruhia, na reira ka taea e nga mea e rua.I roto i te taiwhanga, kua whakaatuhia e matou nga rereketanga nui i roto i te whakatairanga kawe katote mo nga wai katote rereke.I tua atu, ko te maataapono e whakaatuhia ana he whanui mo te kawe katote, ka taea hoki te tono mo nga punaha katote rereke e tika ana, hei tauira, mo te konutai, konupora, konupūmā, konumohe konumohe pākahiko katote.Hei whakamutunga, ko te nanocomposite electrolyte me te kawe atanga e whakaatuhia ana i konei he ariā, ehara i te mea kotahi, ka taea te mahi (nano) ki nga ahuatanga e hiahiatia ana o te kawe katote, te tau kawe, te matapihi hiko, te haumaru, me te utu mo nga whakatipuranga pūtau pākahiko kei te heke mai. .

I whakaritea te nano-SCE ma te whakamahi i te tikanga sol-gel.Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Li-TFSI;Sigma-Aldrich;99.95%), 0.5 ml o H2O deionized, 0.5 ml o TEOS (Sigma-Aldrich; 99.0%), 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI; Sigma-Aldrich; 98.5%), me te 1 ml o PGME i konatunatua ki roto i te ipu karaihe.Ko te tauwehenga molar, x, i waenga i te [BMP][TFSI] me te TEOS i roto i te ranunga he rereke i waenga i te 0.25 me te 2. Ko te tauwehenga molar o Li[TFSI] me te [BMP][TFSI] i whakaritea ki te 0.33:1.Ko te nui o te Li[TFSI] me te [BMP][TFSI] i whakatauhia mai i enei owehenga.Hei tauira, ina x = 1, ko te [BMP][TFSI] me te Li[TFSI] i te otinga he 0.97 me te 0.22 g.I ruia nga ranunga mo te 1 meneti kia puta he otinga monophasic.Ko enei rongoa ka rongoa i roto i nga ipu kati me te kore e whakaoho ki te hanga i nga reera i roto i te ruma whakamahana me te haumākū (SH-641, ESPEC Corp.) me te pāmahana me te RH% kua whakaritea ki te 25°C me te 50%, ia.I runga i te x, ka mau nga ranunga, i te toharite, 5 ki te 9 ra ki te hanga i te kiri marama.I muri i te whakamaroketanga, ka whakamaroke tuatahitia nga ipu me te 2.4- ki te 7.4-ml gel i te 40°C mo nga ra e wha ki te iti o te pehanga (80 kPa) katahi ka neke ki roto i te oumu korehau mo te 72 haora i te 25°C.I te tangohanga o te makuku e toe ana, ka heke haere te korehau mai i te pehanga tuatahi huri noa i te 50 Pa ki te pehanga 5 Pa tonu i muri i te 1 ra.Na te nui o te wai me te PGME e tika ana kia tangohia, kua heke iho nga pire SCE i puta mai i te 20% (x = 0.5) ki ~50% (x = 2) o te riipene reera taketake.I inehia te taumaha o nga reera hua ki te pauna semimicro (SM 1245Di-C, VWR).

I mahia a TGA i runga i te Q5000 IR (Ta Instruments, New Castle, DE, USA) i raro i te hauota.I te wa o te ine, ka werahia nga tauira ki te 700 ° C i te tere whakawera o te 2 ° C / min.I mahia te FTIR spectrometry ma te whakamahi i te Bruker Vertex 70 i te tau ngaru mai i te 4000 ki te 400 cm−1 i roto i te aratau tuku.I mahia ia pycnometry ma te whakamahi i te Micromeritics AccuPyc II 1340.

Hei ine i te kawe katote, ka tangohia he pukapuka iti o te SCE mai i te ipu whaea i roto i te pouaka karapu kapi-Ar (0.1-ppm H2O me te 0.1-ppm O2).Tata ki te 23 μl o te SCE i whakakiia ki roto i te mowhiti polytetrafluoroethylene (PTFE) me te 4.34-mm te diameter o roto me te 1.57-mm teitei, ka hanga he pire.Ko te pire i roto i te whakakai ka pania ki waenganui i nga kopae tira (SS) e rua (0.2 mm te matotoru; MTI).I mahia nga inenga aukati ma te whakamahi i te PGSTAT302 (Metrohm), me te kaha kaha AC o 5 mV i roto i te awhe auau mai i te 1 MHz ki te 1 Hz.Ko te kawe katote (σi) i whakatauhia mai i te haukoti auau teitei me te tuaka pono i roto i nga papa o Nyquist.I muri i te inenga kawe, ka tukuna te pellet nano-SCE kia maroke ake i roto i te pouaka karapu.Mo te inenga ti'aturi i te pāmahana, i hiritia nga paparanga SS/SCE/SS ki roto i te pūtau moni.I muri i te hiri, ka noho tonu te kawe mo etahi ra (tirohia te piki. S3).Ka whakahaeretia te pāmahana o te pūtau moni ki te koti waiariki me te pati waiariki ma te whakamahi i te H2O/ethylene glycol hei reo mahi.I te tuatahi ka whakamataohia nga ruma ki te −15°C katahi ka whakamahana ki te 60°C.

Mai i ia pire nano-SCE, tata ki te 23 μl i kawea ki roto i te mowhiti (4.34-mm te diameter o roto me te 1.57-mm teitei) mo nga ine hiko i roto tika i te pouaka karapu kapi N2 me te haumākū whakahaere.Ko te whakakai me te SCE ka pania ki waenga i nga kopae SS e rua (0.2 mm te matotoru; MTI).I mahia nga inenga inenga ma te whakamahi i te PGSTAT302 (Metrohm) me te kaha kaha AC o 5 mV me te auau mai i te 1 MHz ki te 1 Hz e whakahaerehia ana ma te rorohiko Nova.I pupurihia nga tauira i ia uara RH% mo nga haora 48 i mua i te tirotirohia te kawe tae noa ki te pumau.Ko te kawe katote whakapumau mo te uara RH% (σi) i whakatauhia mai i te haukoti auau teitei me te tuaka tuturu i roto i nga papa o Nyquist.

Ko nga inenga hiko katoa me te whakarite tauira e pa ana i mahia i roto i te pouaka karapu kapi-argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 me H2O taumata) i whakatapua mo nga tohu hiko.

I tirohia te ahua o te pire me te kore Li[BMP][TFSI] ILE me te SEM ma te whakamahi i te taputapu Thermo Fisher Scientific Apreo i te 1.5 ki te 2.0 kV e mahi ana i roto i te aratau whakaata-rua-rua ma te whakamahi i te T1 me te T2 kaitirotiro whakarara mo nga whakarereketanga whakaahua-ora, me te kaitirotiro T2 i whakamahia mo te tuhi i nga whakaahua SEM kua whakaatuhia;i whakaritea te tauira ki runga i te riipene hiko waro.I mahia a TEM ma te whakamahi i te Tecnai e mahi ana i te 300 kV.

I tangohia te ILE mai i te pire SCE e rua nga huarahi rereke.Ko tetahi whiringa ki te tiki i te silica porous i mahia ma te ruku i te SCE ki te acetone mo nga haora 12 hei tango i te Li[BMP][TFSI] ILE.E toru nga wa ka tukuna tenei horoinga.Ko tetahi atu whiringa ko te whakamakuku i te SCE ki te waihano.I tenei take, i tangohia te waihano ma te whakamahi i te wai whakamaroke ira tino nui CO2.

E rua nga taputapu rereke i whakamahia mo te whakamaroke supercritical, ara, ko te Automegasamdri-916B, Tousimis (tikanga 1) me tetahi taputapu hangaia e JASCO Corporation (tikanga 2).I te wa e whakamahi ana i te taputapu tuatahi, i timata te raupapa whakamaroke i te hekenga o te pāmahana ki raro ki te 8°C.I muri mai, ka horoia te CO2 i roto i te ruma, ka piki ake te pehanga ki te 5.5 MPa.I te taahiraa e whai ake nei, ka werahia te CO2 ki te 41 ° C, ka whakanui ake i te pehanga ki te 10 MPa, ka mau tonu mo te 5 min.Hei whakatau, i roto i te waahanga whakaheke toto, ka whakahekehia te pehanga mo te 10 meneti.I te wa e whakamahi ana i te taputapu hanga ritenga, i whaihia he raupapa rite.Heoi, i tino rerekee te wa me nga taumahatanga.I muri i te mahi horoi, ka piki ake te pehanga ki te 12 MPa i te mahana o te 70°C ka noho pera mo te 5 ki te 6 haora.I muri mai, ka whakahekehia te pehanga i roto i nga waahi mai i te 12 ki te 7 MPa, 7 ki te 3 MPa, me te 3 ki te 0 MPa i roto i nga wa o te 10, 60, me te 10 min, ia.

I inehia nga hauota hauota hauota i te T = 77 K ma te whakamahi i te Micromeritics 3Flex kaitirotiro tohu mata.Ko te silica porous i riro mai ka tukuna mo te 8 haora i te 100°C i raro i te 0.1-mbar vacuum.Ko te silica porous i ahu mai i te whakamaroke supercritical i haunga mo te 18 haora i te 120°C i raro i te 0.1-mbar vacuum.Muri iho, ka inehia nga hauota hauota hauota i te T = 77 K ma te whakamahi i te Micromeritics TriStar 3000 miihini miihini miihini miihini miihini.

I mahia nga inenga PFG-NMR ma te whakamahi i te JEOL JNM-ECX400.I whakamahia te raupapa putere oro whakaihiihi mo nga inenga tiritiri.Ko te whakahekenga tohu oro noa, E, e whakaahuatia ana i roto i te whārite (38)E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1)ko te g ko te kaha o te putere rōnaki, ko te δ te roanga o te rōnaki ko te pupuhi, ko te ∆ te waahi i waenga i nga tapa matua o nga putere rōnaki, ko te γ te ōwehenga magnetogyric, me te D ko te whakarea tohatoha-whaiaro o nga ngota ngota.I whakatau tatahia te whakarea-whaiaro ma te whakauru i nga tohu paoro i riro ma te huri i te ∆ me te Eq.1. I tohua a 7Li ki te whakatau i te whakarea whakawehenga o te katote lithium.I mahia nga inenga katoa i te 30°C.

Ko te setup spectroscopy Raman he punaha hanga whare ma te whakamahi i te katote argon ka taea te whakakoi ki te rama whakaihiihi laser 458-nm i honoa ki roto i te karu hiko Olympus IX71 kua huri, a ka tukuna te rama marara-muri i roto i te tatūnga hianga toru TriVista (Princeton Instruments). ), i whakamahia ki te whakamarara i nga tohu whatu ka kitea ma te whakamahi i te kaamera taputapu kua honoa te hauota-hauota-wai.I runga i te kaha o te whakaurunga whatu i enei roangaru, i whakamahia nga mana taiaho iti hei karo i te whakamahana taiaho (<100 W·cm−2).

Ko te arotautanga ahuahanga whenua-whenua DFT me nga tatauranga auau tātari i whakamahia te B3LYP ranu mahi rongonui me te huinga turanga 6-311++G**, me te whakatikatika marara ngota-takirua a Grimme (39) me te kaupapa whakamaarama Becke-Johnson (D3BJ), hei i whakatinanahia i ORCA 3.0.3 (40).I whakatairitehia te ahua o Raman ma te whakamahi i te ORCA, a, i tutuki te whakakitenga o nga taonga irapoi ma te whakamahi i te kete rorohiko Avogadro (41) me te whakahou i tautokohia e ORCA.

Ko nga inenga hiko katoa me te whakarite tauira e pa ana i mahia i roto i te pouaka karapu kapi-argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 me H2O taumata) i whakatapua mo nga tohu hiko.I tukuna te pire SCE ki runga i te riipene Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) i tautokohia ki runga i te pereti parahi i te mea ko te hiko porotiti me nga kopae Li e rua kua werohia (5-mm te diameter) i runga o te pereti SCE hei tohutoro me te mahi. hikohiko.Ka whakaatuhia te tatūnga ki te piki.S7.I whakamahia nga titi koura mo te whakapiri atu ki te tohutoro lithium me nga hiko mahi.I mahia te voltammetry huri noa me te inenga inenga ma te whakamahi i te PGSTAT302 (Metrohm) i whakahaerehia ma te rorohiko Nova.I mahia te voltammetry huri noa me te tere matawai o te 20 mV/s.I mahia te inenga inenga ki te kaha kaha AC o 5 mV me te auau mai i te 1 MHz ki te 0.1 Hz.

He 40-nm anatase TiO2 irihiko angiangi-kiriata i whakatakotoria e te whakamaarama paparanga ngota (ALD) ki runga i te 300-mm te angiangi kirikiri me te 40-nm TiN i raro i te paparanga i tukuna ano e ALD.He hiko whakamatautau pai mo te whakaaturanga o te kawe Li-ion na roto i nga electrolytes, i te mea kaore a TiO2 e pa ki te paheketanga matū me te ahotea miihini (kaore he huringa nui) i te wa e eke paihikara ana.Hei ine i te pūtau Li / SCE / TiO2, ka whakakiia nga ILE-SCE i roto i te mowhiti PTFE me te diameter o te 4.3 mm me te matotoru o te 0.15 cm;katahi, ka pania te whakakai ki waenga i te pepa Li me te kiriata TiO2.

Nano-SCE / kikokore-kiriata hiko hawhe tāpae, me te hiko LMO, i hangaia ma te synthesizing te kiriata nano-SCE i runga i nga hiko.Ko te katoa o te 150 μl o x = 1.5 otinga, he pakeke mo nga ra e 2, ka makahia ki roto i te mowhiti karaihe (diameter, 1.3 mm) kua whakairihia ki runga i nga kiriata electrolyte.Katahi ka hiritia te mowhiti ki te parakiriata, ka purua te otinga ki roto i te ipu hiri kia rae mo te 4 ra.I whakamarokehia te reera / te hiko hiko i hangaia hei hanga i nga puranga nano-SCE / hiko.Ko te matotoru o te nano-SCE, i whakatauhia ma te whakamahi i te micrometer, he 300 μm.I te mutunga, ka pehia he pepa lithium (1.75 mm te matotoru, 99.9%; Sigma-Aldrich) i runga i te puranga nano-SCE / electrode hei anode.Ko te 100-nm LiMn2O4 (LMO) hiko kiriata angiangi i tukuna e te reo irirangi e pupuhi ana i raro i te rere Ar i runga i te angiangi silicon kua pania ki te 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) raro.I whakahiatotia tenei puranga mo te 20 meneti i te 800°C i roto i te hau hāora.

Ko nga kiriata hiko LiFePO4 (LFP) i whakaritea e te paninga mata.Tuatahi, ka tapirihia te waro pango me te LFP (2 ki te 3 μm) ki te wairewa wai kei roto te carboxymethylcellulose (CMC) hei hanga i te ranunga i muri mai ka whakakotahi ma te whakamahi i te whakaranu aorangi.Na, i konatunatua te hua homogenized ki te wai deionized me te taherapa kiriaku fluorinated (JSR, TRD202A) i roto i te whakaranu korehau ki te hanga i te slurry mo te paninga hiko.I makahia te slurry kua rite ki runga i nga pepa konumohe hei whakatakoto i nga kiriata hiko ma te whakamahi i te paninga mata.I whakamarokehia enei hiko makuku kua pania ki roto i te oumu hau me te hau i te 70°C mo te 10 meneti ka whakamaroke ano i te 140°C mo te 4 haora i roto i te oumu korehau.Ko nga kiriata electrode maroke ko te 91 wt % LiFePO4, 3 wt % carbon black, 2 wt % CMC, me te 4 wt % TRD202A.Ko te matotoru o te kiriata he 30 μm (kua whakatauhia ma te whakamahi i te micrometer me te matawai karu hiko).

He rite tonu te hanga o nga kiriata hiko Li4Ti5O12 (LTO) ki runga i nga pepa parahi.Ko te hanganga o nga electrodes maroke ko te 85 wt % Li4Ti5O12, 5 wt % carbon black, 5 wt % CMC, me te 5 wt % fluorinated acrylic latex (TRD2001A).Ko te matotoru o te kiriata he 40 μm.

Ko te otinga o te SCE i whakahekehia ki runga i te matūriki LFP me te kiriata hiko LTO.Tuatahi, ko te 100 μl o te x = 1.5 otinga, he pakeke mo nga ra e 2, ka makahia ki runga i te kiriata hiko, me te diameter o te 15 mm, ka whakanohoia ki roto i te putea moni (#2032, MTI).I muri i te whakakikoruatia o te SCE kua whakamarokehia, ka whakamarokehia te kiriata i te 25 ° C mo nga haora 72 i roto i te oumu korehau (<5 × 10−2 mbar) hei hanga i te nano-SCE me te hiko hiko.Ko te matotoru nano-SCE he 380 μm.I te mutunga, ka pehia he pepa lithium i runga i nga kohinga SCE/hiko hei anode, a ka hiritia te putunga moni.I mahia nga inenga hiko ma te whakamahi i te Solartron 1470E potentiostat i te pāmahana rūma.

Kei te waatea nga rauemi taapiri mo tenei tuhinga i http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

Ripanga S1.Ko nga ahuatanga hanganga o te matrix silica i roto i te nano-SCE mo te whakanui ake i te hautanga molar o te wai katote ki te silica (x uara) kua whakatauhia mai i te N2 adsorption/desorption, inenga BET ranei me nga kitenga TEM.

He tuhinga uru tuwhera tenei ka tohatohahia i raro i nga tikanga o te raihana Creative Commons Attribution-NonCommercial, e whakaae ana ki te whakamahi, ki te tohatoha, ki te whakaputa uri i roto i tetahi kaupapa, mena karekau te hua ka puta mo te painga arumoni me te tika te mahi taketake. whakahua.

FAKATOKANGA: Ka tono noa matou i to wahitau imeera kia mohio ai te tangata e taunaki ana koe mo te wharangi kei te pirangi koe kia kite ratou, ehara hoki i te mēra paraurehe.Kaore matou e hopu i tetahi wahitau imeera.

Ko tenei patai mo te whakamatautau mena he manuhiri tangata koe me te aukati i nga tukunga mokowhiti aunoa.

Na 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

Na 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.Katoa nga mana.Ko AAAS te hoa o HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef me COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.