Silica gel solid nanocomposite electrolytes fa'atasi ai ma le fa'alauiloaina o feso'ota'iga feso'ota'iga e sili atu i le tele o le Li-ion conductivity o le ionic liquid electrolyte filler

O le suiga i ma'a Li-ion solid-state o le a mafai ai ona agai i luma i le malosi o le malosi o le 1000 W·itula/lita ma tua atu.O tu'ufa'atasiga o se matrix mesoporous oxide fa'atumuina i mea fa'atumu fa'aeletise vai fa'ato'aga e le fa'afefeteina ua su'esu'eina e avea o se filifiliga malosi fa'aeletise.Ae ui i lea, o le faʻaogaina faigofie o vaifofo eletise i totonu ole nanometer-sized pores e taʻitaʻia ai le faʻaitiitia o le ion conductivity pe a faʻateleina le viscosity.O iinei, matou te faʻaalia ai o le Li-ion conductivity o nanocomposites e aofia ai le silica monolith mesoporous ma se faʻapipiʻi eletise eletise eletise e mafai ona sili atu le maualuga nai lo le eletise eletise mama mama e ala i le faʻaofiina o se faʻaoga aisa.Ole malosi ole su'esu'eina ma le fa'atonuina ole vai mole ole vai e fa'agaioi ma malo-pei e pei o le fa'asaga aisa lava ia.O le dipole i luga o le adsorbate mesophase layer e mafua ai le fofoina o le Li + ions mo le faʻaleleia atili o le faʻaogaina.O le faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga o le faʻaleleia o le faʻaogaina o le ion e mafai ona faʻaogaina i faiga faʻaioni eseese.

E fa'amoemoe e maua ai e le eletise malo le malosi e sosoo ai mo ma'a Li-ion e sili atu i le fa'alo fa'atino o le 800 W·itula/lita po'o le 300 W·itula/kg o lo'o tu'uina atu i le cathode ma le anode chemistries o lo'o avanoa nei.O le fa'amoemoeina o le fa'atupula'ia o le malosi o le malosi mo ma'a malo-malo e sau mai le tele o sao, o lo'o tulimata'i uma le fa'atuputeleina o le pasene o mea o lo'o galue i totonu o le sela.O le mea sili ona faʻasalalau o le faʻaofiina o le lithium metal e sui ai le graphite ma le graphite / silicon e avea o se anode.O le u'amea lithium mama o lo'o i ai le malosi sili ona maualuga e mafai ma o lea e mana'omia ai se avanoa itiiti.Ae ui i lea, o le tele o mataupu e manaʻomia pea ona foia, e pei o le le mafai ona faʻaaogaina (ma faʻapea le taumafaina) o le lithium metal, dendrite formation, le faʻateleina o le malosi o le taimi nei mo planar lithium foils pe a faʻatusatusa i le porous graphite (silicon) electrodes, ma, mulimuli. ae le itiiti ifo, o le "leai" o le lithium i le taimi o le lafoaia (deplating) ma faapea ona leiloa le fesootaiga ma le electrolyte malosi.O le fa'ainisinia ma'a'a'a o le sima ma'a'ai electrolytes moni e leai se tausisia, ma mamafa mamafa e mana'omia le fa'aogaina e oomi ai le lithium fa'asaga i le vaega eletise malosi.O vaega o le mamafa tu'ufa'atasi e fa'aititia atili ai le vaega lelei o luga, e o'o atu ai i le fa'atupuina o le dendrite i le lotoifale ma fa'aputuga o le omomi.Polymer electrolytes e sili atu ona fa'ainisinia ae e le'i fa'aalia le maualuga o le fa'aoso ionic i le vevela o le potu.O mea fou e sili ona manaia i lenei tulaga o le silica gel electrolytes, lea ua taʻua foi o "ionogels," lea o loʻo faʻapipiʻiina ai se ionic liquid electrolyte (ILE) i se nanoporous silica matrix (1).O le maualuga tele o le porosity o le silica matrix (70 i le 90%) e maua ai nei mea nanocomposite electrolyte mea e pei o le gel ma faʻapena ona faʻaogaina faʻainisinia tutusa ma polymer electrolytes.O nei silica gels o nisi taimi o loʻo faʻaalia e pei o le eletise malosi eletise, aua o loʻo i ai se vai.Ae ui i lea, mo le silica nanocomposites, e pei ona faamatalaina i lenei pepa, o le ionic "suava" electrolyte e avea ma mausali pe a taofia i totonu o le sefulu o nanometer-sized channels e ala i le faateleina o le viscosity ma e ala i le adsorption i luga o le puipui silica taofia le. alavai.Afai o le silica matrix o le a naʻo se vavae porous, o le faʻateleina o le viscosity mo le faʻaogaina o le eletise eletise o le a taʻitaʻia ai le faʻaitiitia o le gaioiga o le ionic.Nai lo lena, o le fegalegaleaiga i le va o mole ILE ma le puipui silica pore e faia ai meatotino o le nanocomposite ese mai le aofaʻi o ona vaega taʻitasi.O le su'esu'eina o vai ionic i luga o oxides ma le fa'atupuina o le mesophase mafiafia e o'o atu i ni nai nanometers i le mafiafia ua fa'aalia i luga o fa'afanua fa'atasi ma le microscopy malosi atomika (2).O le filifilia o le faʻaogaina o anion vai ma cation i luga o le oxide e mafai ona taʻitaʻia ai le faʻaleleia o le Li + i luga o nei fesoʻotaʻiga.O le mea moni, o le faʻaleleia atili i luga o fesoʻotaʻiga o le oxide e tatau ona totogi pe sili atu foi i le faʻaititia o le amio e ala i le ILE o loʻo taofia i totonu o pores.O le mea lea, e mana'omia le la'ititi o le pore ma le maualuga o le fa'avasegaina o luga-i-volume.E o'o mai i le taimi nei, o ionogels fa'atasi ai ma le ion conductivities e latalata atu i le ILE lava ia ua fa'aalia e ala i le fa'ata'ita'iina o le fausaga mesoporous (3).O lona uiga ua leva ona iai le fa'aleleia atili o feso'ota'iga ae le'i o'o atu i le tele o le tele o fa'agaioiga.

O le sauniuniga o ionogels e amata mai i se paluga vai tutusa, lea e faʻaopoopoina ai se ILE i se vaifofo muamua o le sol-gel mo le faʻapipiʻiina o le oxide matrix (4, 5).I lenei metotia, o le ILE ma le matrix e fausia ai se tu'ufa'atasi i se faiga "in situ": O mea muamua i totonu o le vaifofo e tali atu e fausia ai se matrix oxide faataamilo i le mamanu vai ionic, faʻapipiʻi i le faagasologa.I lalo o nisi tulaga fa'apipi'i, o le ILE-SCE ua saunia (solid composite electrolyte) e mafai ona i ai i foliga o se monolith ma le ILE fa'apipi'i i totonu o se feso'ota'iga fa'asolo ole mesoporous inorganic oxide.I le taimi nei, o le tele o ILE-SCE e faʻavae i luga o le silica ua saunia i lenei auala, e ui lava o faʻataʻitaʻiga na faia foi i le alumina (6), titania (7), ma e oʻo lava ile tin oxide (8).O le tele o fa'asologa o le sol-gel ua lipotia mai o lo'o iai le ILE, o le alkyl-silicate e pei o le tetraethyl orthosilicate (TEOS) e pei o le silica precursor, ma le formic acid e fai ma reagent ma solvent (9, 10).E tusa ai ma le faiga (11) fuafuaina mo lenei faiga sol-gel, o le silica e masani lava ona gaosia i le tali i le va o le TEOS ma le formic acid, e ui lava o le vai e gaosia i le faagasologa o le sol-gel.E ese mai i nei mea fa'afefiloi e fa'atatau i le acid formic, o lo'o fa'amatalaina fo'i le fa'aogaina o le sol-gel vai ma le HCl e fai ma fa'amalosi ma le H2O e fai ma fa'afofoga (fa'aopoopo i ai le solvent organic), peita'i, i lenei tulaga fa'apitoa mo le tu'ufa'atasiga o se silica composite ma. na'o le vai ionic (12–15).

E masani lava, e fa'aalia e ionogels le fa'aosoina o le ion e maualalo ifo nai lo le fa'amatalaga ILE.O le augatupulaga muamua o ionogels sa i ai le vevela o le potu e masani lava na o le 30 i le 50% o le tele o le ILE tau, e ui o nisi faʻataʻitaʻiga e oʻo atu i le 80% ua lipotia (9, 10, 16, 17).O le a'afiaga o mea o lo'o i totonu o le ILE ma le fa'atupuina o pore morphology i luga o le fa'aogaina o le ionogel ua uma ona su'esu'eina auiliili (3);peita'i, e leai se su'esu'ega fa'atulagaina o a'afiaga fa'aleleia o feso'ota'iga e iloa.Wu et al.(18) talu ai nei na lipotia i luga o se ionogel faʻaogaina i totonu, lea na maua ai le faʻaleleia atili o le amio faʻatusatusa i le ILE tele.O le faʻaleleia na mafua ona o le fegalegaleaiga i le va o le anion ma le 3-glycidyloxypropyl vaega galue i luga o le silica surface.O lenei su'esu'ega e lagolagoina ai le manatu o le fa'aogaina o luga e mafai moni lava ona fa'aleleia atili le fa'alauiloaina o feso'ota'iga.

I lenei galuega, matou te faʻaalia le faʻavaeina o se vai aisa malosi i luga o le silica ma faʻamatalaina le faiga o le faʻaogaina o le Li-ion faʻatasi e ala i le faʻateleina o fesoʻotaʻiga i le va o le faʻaogaina o le aisa ma le adsorbed ionic liquid mesophase layer.E ala i le tu'ufa'atasiga o le maualuga o le pito i totonu ma le mafiafia o le aisa fa'atino galuega, nanocomposite electrolytes malosi (nano-SCE) ma le 200% maualuga Li-ion conductivity nai lo le tele faasinomaga ILE na ausia.O le silica matrix o loʻo faʻaalia o loʻo i ai se fausaga moni o le mesoporous monolithic ma voluma pore ma luga o le eleele e oʻo atu i le 90% ma le 1400 m2 / g, ma faʻapea ona maua ai le maualuga o luga-i-volume ratios e mafai ai ona tele le sao o le faʻaleleia o le faʻaleleia i luga o nei fesoʻotaʻiga.E ala i le fa'aogaina lelei o le silica fa'atasi ma le fa'asilisiliina o le fa'avasegaina o luga-i-volume, nano-SCE fa'atasi ai ma le ion conductivities e sili atu i le 10 mS/cm e mafai ona fa'ainisinia ma fa'apea e manaia tele mo ma'a tetele mo mea tau ta'avale.

O le taulaiga o la matou pepa o loʻo i luga o le faʻaogaina o le faʻaleleia o fesoʻotaʻiga fesoʻotaʻiga e ala i le faʻavaeina o se mesophase layer faʻatasi ai ma faʻamaoniga mai Raman, Fourier transform infrared (FTIR), ma le nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.E fa'aalia le fa'aogaina o le fa'amautu o a tatou mea nano-SCE i voluma maualuga i le fa'aogaina o eletise manifinifi lithium manganese oxide (LMO).I lenei auala, e taulaʻi atu i meafaitino nai lo le tuʻufaʻatasia o le eletise ma mataupu faʻapipiʻi sela.E faʻapea foʻi, o le faʻamalama eletise ma le faʻamautu e faasaga i pepa uʻamea lithium ua faʻamaonia atoatoa.O le fa'atinoga ma le tu'ufa'atasia o la matou nano-SCE e fa'aalia e ala i le fa'apotopotoga ma fua fa'atatau o su'ega o le lithium iron phosphate (LFP) ma le lithium titanate (LTO) sela.O le mautu o le tatou electrolyte ma le le aoga o le eletise o le vai aisa na faʻaalia e ala i le taamilosaga umi o sela Li-SCE-Li tutusa.O le fa'asilisiliina o le malosi o le malosi, fua fa'atatau, ma le fa'atinoina o le uila o sela fa'apipi'i atoatoa o le a fa'atatau i pepa tulitatao (19, 20).

O le fa'alauiloaina o le fa'aoso o le ion fa'afeso'ota'i i faiga fa'apipi'i lua-vaega ua iloa mo le toeitiiti 90 tausaga (21).Mo se faʻataʻitaʻiga, e oʻo atu i le fa faʻatonuga o le faʻateleina o le faʻaogaina o le ionic ua faʻaalia mo tuʻufaʻatasia o masima lithium faigofie e pei o le lithium iodide faʻatasi ai ma vaega o le oxide mesoporous e pei o le silica poʻo le alumina pe a faʻatusatusa i le faʻaogaina o ion o le lithium salt electrolyte mama (22).O ion i totonu o nei SCE e mafai ona sosolo vave i luga o le Li ion-ua fa'aitiitia (po'o le tele o avanoa) eletise eletise lua ua fausia i le oxide/electrolyte interface.O le mea e leaga ai, o le fa'aosoina o le ion na maua mai i nei vaega faigofie e lua-vaega fa'ameamea-malosi tu'ufa'atasia (1) e le'i sili atu i le 1-mS/cm2 fa'ailoga e mana'omia e fa'afeso'ota'i ai nai selau-micromita le mamao i le va o papatusi aoina o lo'o i ai i le maa Li-ion. .O le manatu o le heterogeneous doping ma se oxide matrix e inisinia le ionic conductivity ua uma ona suʻesuʻeina mo polymer electrolytes (23) ma ILEs (24), lea e maualuga atu le ionic conductivity e amata i.E le gata i lea, o le mauoa mole (stereo) kemisi o le vaega lona tolu e tatalaina ai isi ion conduction mechanisms, e pei o le (di) polar solvent-like mole e mafai ona auai i le faʻavaeina o le eletise eletise.E ui o le fofoina o vaega o le ether i polyethylene oxide polymer electrolytes e maua ai le malosi o le ion conductivities o ~ 10-6 S / cm mo LiClO4 i le ~ 10-5 S / cm mo LiN (SO2CF3) 2, latou composite ma silica, alumina. , po'o titania nanoparticles e mafai moni lava ona tu'uina atu le sili atu i le 10 fa'aleleia atili i le fuaina o le ion conductivity (25), o le mea e leaga ai, o lo'o i lalo ifo o le vevela o le potu o le 1 mS/cm.O vaifofo ILE o fa'afefiloiga o se solute Li-masima ma se solu vai vai, lea e mafai ona i ai le maualuga o le fa'aoso ionic i le va o le 0.1 ma le 10 mS/cm (26, 27).E tele taumafaiga na faia e faʻaleleia ai le faʻaogaina o le ion e ala i le faʻafefiloi poʻo le gelling i le oxide nanoparticles poʻo le taofiofia o le ILE i microparticles mesoporous (9, 16, 28, 29).Ae ui i lea, e oʻo mai i le taimi nei, e leai se faʻaleleia atili o le faʻaogaina o le ion ua matauina mo vaega e tolu Li-salt/ionic liquid/oxide composites (fig. S1).E ui lava o le fa'aogaina o le mesoporous silica microparticles e maua ai le maualuga o le conductivity pe a fa'atusatusa i composites ma nanoparticles mautu, e le lava le fa'aogaina o le va'aiga ma le fa'alauiloaina o le ion e sili atu i le tele o le ILE conductivity.

Mesoporous silica o se mea lauiloa faʻaaogaina i le catalysis.E masani lava ona faia e le hydrothermal po'o le fa'aogaina faigofie ole sol-gel.Ole fa'agasologa ole vai vevela e masani ona ta'ita'iina atu ai i pauta mesoporous, ae fa'atasi ma le fa'aeteete o le fa'atonuina ole vevela ole potu ole fa'agasologa ole sol-gel, ua gaosia fo'i monoliths tioata porous po'o aerogels.O le silica matrix e fausia e ala i le hydrolysis ma le condensation reactions o tetra-alkyl orthosilicates (30).O le mea autu i le puleaina o le fausaga o le pore o le faʻaogaina lea o faʻataʻitaʻiga, mo se faʻataʻitaʻiga, o se micelle-ituaiga surfactant, e faʻataʻamilo ai le silica matrix.Pe a faaopoopo se vai ionic e fai ma mole mole, e fegalegaleai le hydrated silica matrix ma le vai ionic, e fai ai se gel, ma a uma ona fofo ma faamago, o le vai ionic e taofia i totonu o le silica matrix nanoporous malo (13).Pe a faaopoopo le masima lithium e avea o se vaega lona tolu, o le ILE o loʻo taofia i totonu o le silica matrix e fausia ai le silica gel electrolyte, lea ua taʻua foi o le ionogel (24).Ae ui i lea, e oʻo mai i le taimi nei, o nei silica gel electrolytes o loʻo faʻaalia ai faʻataʻitaʻiga e latalata atu i le tele o le ILE ae le sili atu, sei vagana ai le tasi mataupu na faʻaogaina ai le kemisi (silasila i le Folasaga) (18).

O iinei, matou te faʻaalia, faʻalauiloa faʻaleleia o le Li-ion conductivity o le nanocomposite sili atu nai lo le ILE mama.O le faʻataʻitaʻiga o le 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BMP-TFSI) o loʻo faʻaaogaina iinei.O lo'o fa'apea o le fa'auluina o mole mole vai ionic i luga o le OH-terminated silica surface o lo'o fa'aolaina e ala i le i ai o se va'aiga vai aisa.O le pipii malosi o le hydrogen i le va o le vai aisa ma le TFSI− anion e fa'aosoina ai le fa'atonuga mole mole o le vai ionic, e tutusa ma vaega o lo'o fa'atonuina e fa'atupu fa'afuase'i i sua vai (31).O le ese'esega autu ma vaega fa'atupu fa'afuase'i i le tele o le ILE o le vaega aisa o lo'o galue e pei o se vaega galue e (i) fa'aosoina le fa'atonuga mole mole i luga o le oxide ma (ii) fa'aofia ai le malosi H-so'ota'i e fa'aoso ai dipoles e fa'asa'oloto le Li + mo le faʻaleleia atili o le faʻaogaina.I tafatafa o le faʻateleina o le faʻaogaina o le Li + saoloto, o le a matou faʻaalia o le malosi faʻamalosia mo le faʻasalalau e maualalo i luga o le fesoʻotaʻiga tuʻufaʻatasi ma le faʻapipiʻiina o le ILE layer ma le vai aisa.

O le vai-monolayers-mafiafia i luga o le vai i luga o le silica o se faʻamau-pei-pei, aua o loʻo faʻapipiʻi malosi i vaega silanol e ala i H-alalaupapa ma o lea e taʻua ai foi o le aisa (32).O lona mamafa ma le mafiafia (fuafuaina e oo atu i le tolu i le fa monolayers, faatasi ai ma le ~ 0.25 nm i le aisa monolayer) o loo i le thermodynamic equilibrium ma le mamafa o le vai [relative humidity (RH)] i le siosiomaga (fig. S2).Matou te faʻaalia o le faʻatupuina o le ion e faʻateleina i le mafiafia o le vai aisa e pei o le faʻapipiʻiina o le hydrogen faʻatasi ma le faʻapipiʻi ionic layers e faʻateleina foi.O le vai aisa e mautu e pei o le vai tioata i vailaʻau vailaʻau.O le mea lea e matua'i fa'afeagai ai ma le fa'aeletonika aqueous sili ona maualuga po'o le vai e fa'afefiloi masima, lea e matua fa'alautele ai le fa'amalama eletise ae, mulimuli ane, o lo'o malosi pea le vai (33).

E ese mai fua masani formic acid-catalyzed ionogel recipes, sa matou faʻaaogaina se paluga pH 5 malu ma le tele o vai ma PGME (1-methoxy-2-propanol) faʻaopoopo i le TEOS precursor ma Li-TFSI masima ma BMP-TFSI vai ionic.I lenei pH, o le hydrolysis tali e telegese, ae o le condensation e lelei (30).O Li ion e talitonuina e fai ma faʻalavelave mo le faʻaogaina o le hydrolysis, aua e leai se gelation na tupu i le leai o le masima lithium ae tutusa uma le pH o le 5. O le fua molar o le vai ionic i le TEOS (ma o le silica moieties) o le. faʻaalia o le x tau ma sa fesuisuiaʻi i le va o le 0.25 ma le 2. O le molar ratio o le BMP-TFSI i le Li-TFSI na teuina i le 3 (e fetaui ma le 1 M Li-ion solution).Sa mana'omia le fa'agogo fa'agesegese e fa'atumauina ai le sa'o lelei o le fa'atulagaga o le monolith (silasila Mea ma Metotia).Ata 1A o lo'o fa'aalia ai se ata o se pellet monolithic na maua ina ua uma ona fa'agogo.O le 72-itula fa'amago fa'amago sa lava lea e aveese uma ai le susū i lalo i se tulaga na aveese uma ai vai avanoa ae tumau atoatoa le vai aisa fa'afefeteina, e pei ona fa'amaonia mai e le FTIR.Leai se vibration mo vai fua na maua i le 1635 cm−1 i soʻo se faʻataʻitaʻiga pe a maeʻa le laʻasaga faʻamago (Fig. 2).Mo faʻatusatusaga, o le fusi o le FTIR mo se faʻataʻitaʻiga nano-SCE (x = 1.5) teuina mo le 1 vaiaso i totonu o se pusa totigilima N2 i le 60% RH o loʻo faʻaalia.I lenei tulaga, e aliali mai se tumutumu vai e leai se totogi.O faʻataʻitaʻiga uma, i le isi itu, na faʻaalia ai se faʻailoga manino mo le faʻaogaina o le silanol (Si─OH o loʻo punou i le va o le 950 ma le 980 cm−1) ma le faʻaogaina o le vai aisa (O─H o loʻo faʻalauteleina i le ~ 3540 cm−1) faʻapipiʻi i. le ─OH vaega i luga e ala i le H-faʻamauina (sili atu faʻamatalaga i lalo).O fagu na fuaina muamua ma pe a maeʻa le laʻasaga faʻamago e fua ai le vai o loʻo taofia i le nano-SCE (laʻau S1).Mulimuli ane, o le a tatou fuafuaina le numera o monolayers tutusa o papa aisa i luga ole laiga mai le mamafa tele.O pelleti fa'amago mamago na aumai i totonu o le pusa totigilima [<0.1-ppm (vaega i le miliona) H2O] ma teu i totonu o fagu tapuni e fa'amaumau ai le vai muamua.Na aumai se voluma itiiti mai le pellet mo le fa'amatalaga atili.

(A) Ata o lua nano-SCE pellets (agavale) faʻapipiʻiina i totonu o le vial;a maeʻa gelation, e maua se pellet manino.Manatua o le pellet e manino atoatoa ma o lea na tuʻuina atu ai se lanu lanumoana mo le vaʻaia.A aveese le ILE, o lo'o tumau pea se pellet pa'epa'e pa'epa'e mo le matrix silica silica (taumatau).(B) Fa'ata'ita'iina le fa'ata'ita'iga o le microscopy electron (SEM) o le SiO2 matrix o lo'o tumau pea pe a uma ona aveese le ILE.(C) Zoom o le ata o loʻo faʻaalia i le (B) o loʻo faʻaalia ai le natura mesoporous o mea matrix ma nisi macropores.(D) Transmission electron microscopy (TEM) ata o loʻo faʻaalia ai se faʻapipiʻi mafiafia o le 7- i le 10-nm silica nanoparticles e avea ma poloka faufale o mea porous matrix.(E) O le porosity o le fausaga matrix ua fuafuaina mo fua eseese molar o le ILE e tusa ai ma le SiO2 (x tau).O le laina va'ava'ai e maua ai le porosity fa'ata'ita'i e fa'atatau mai le vaega vaega o le ILE ma le silica.O faʻataʻitaʻiga faʻamaʻa acetone (faatafafa uliuli) na faʻamago i le ea, lea e maua ai se vaega o le paʻu o le fausaga mo le x> 0.5.Supercritical CO2 faʻamago o le ethanol-rinsed nano-SCE (liʻo lanu meamata) e taofia ai le paʻu i luga i le x = 2 mo le faʻagesegese o le aveeseina o le CO2 (liʻo tatala).BET, Brunauer-Emmett-Teller.Ata fa'afetai: Fred Loosen, imec;Akihiko Sagara, Panasonic.

(A) IR spectra o le nano-SCE e pei ona faʻagogo i le vacuum (uliuli) ma mulimuli ane faʻamago i totonu o se pusa totigilima ma le 0.0005% RH mo le 9 aso (lanu moana) ma faʻaalia i le 30% RH mo le 4 aso (mumu) ma le 60 % RH mo le 8 aso (lanu meamata), i le faasologa.au, iunite fa'atonu.(B) Cyclic voltammograms o le Li/SCE/TiN fa'aputu i le x tau o le 1.0 (lanu moana), 1.5 (lanumeamata), ma le 2.0 (mumu) ma le ILE fa'asinomaga (uliuli);o lo'o fa'ailoa mai e le fa'auluuluga le taimi nei i le fua fa'atatau.(C) Cyclic voltammograms o Li/SCE (x = 2)/40-nm TiO2 fa'aputu (mumu), ILE (uliuli togitogi), ma le ILE fa'apipi'i i le 5 mamafa % (wt %) H2O (laina lanumoana togitogi);i le (B) ma le (C), fua ma ILE ma ILE ma H2O na faia i le tolu-electrode configuration ma TiN o se eletise galue ma Li e fai ma counter ma faasino electrodes.Na fa'amago le SCE mo le 2 aso i totonu o le pusa totigilima pe'a mae'a fa'agogo.

O le ionic conductivity (σi) o le tatou nano-SCE fa'amama fa'amama fa'ato'a fa'atuputeleina i le vaega vaega o le voluma o le ILE (x tau) e pei o mea fa'apipi'i (fig. S1).Ae ui i lea, i lenei tulaga, o le faʻaogaina o le ionic na sili atu nai lo le ILE mama lava ia e sili atu i le 200% mo le maualuga o tau x (Fig. 3).E le gata i lea, o le faʻalagolago i le vevela o le nano-SCE faʻatasi ai ma le faʻaleleia o le ion conductivity na faʻaalia ai se amio ese nai lo le mama ILE: Aʻo le Li-TFSI i le BMP-TFSI ILE o loʻo faʻaalia ai se suiga manino i le faʻaogaina ma le faʻamalosia o le malosi (slope) faataamilo i le liusuavai. pito o le faʻafefiloi i le 29 ° C, o le nano-SCE faʻatasi ai ma le faʻaleleia o le conductivity e le.Nai lo lena, o loʻo faʻaalia ai se suiga faifaipea i le σi ma le vevela, e faʻaalia ai o se ituaiga o vaega poʻo le mesophase e leʻi iloa muamua ua fausia, lea e nafa ma le faʻaleleia atili o le amio.E le gata i lea, o le laʻititi laʻititi ma faʻaitiitia ai le malosi faʻamalosia mo le faʻasalalauina mo le nano-SCE faʻatusatusa i le ILE o loʻo faʻaalia ai mea totino eseese (fig. S3).O lo'o fa'apea mai o le fegalegaleaiga malosi i le va o molela'au vai ma le fa'aaisa malo i luga o le fata silica e nafa ma le amio mesophase ua matauina, e pei ona talanoaina ma le fa'ata'ita'iga o lo'o i lalo.

(A) Faʻalagolago i le vevela o le conductivity o nano-SCEs faʻamago mo 8 aso i totonu o le totigilima pusa (GB) faʻatasi ai ma le tau x o le 2 (faʻailoga lanu uliuli), 1.75 (lanu moli), 1.5 (blue triangles), ma le 1.0 (lanumeamata tafatolu). ) ma le fa'asinoga ILE (fa'atafa'afa'afa).(B) O le amio a nano-SCE ua faʻamagoina i le GB mo le 0 aso (faatafafa lanumeamata), 10 aso (tatolu uliuli), ma le 138 aso (tafatolu lanumoana).(C) Conductivity versus square root of drying time of nano-SCE with x values of 2 (black squares), 1.5 (blue triangles), 1.0 (green triangles), ma le 0.5 (brown diamonds).(D) Conductivity o nano-SCE faʻatasi ma x = 2 (faʻatafafa uliuli), 1.5 (tafatolu lanumoana), ma le 1.0 (tatolu lanumeamata) faʻaalia i totonu o le N2-tumu potu susu.

O le atemosifia argon i totonu o le pusa totigilima o loʻo i ai le itiiti ifo i le 0.1 ppm o le vai, lea e fetaui ma le 0.0005% RH, o le mamafa o le vai o le 0.01 Pa, poʻo le sau o le -88°C.Talu ai o le numera o vai faʻapipiʻi i luga o le silanol-terminated silica o loʻo i ai i le paleni ma le mamafa o le vai (fig. S2), o le a faʻasolosolo malie le vai i fafo mai le nano-SCE ma faʻapipiʻi i pito.Ata 3C o loʻo faʻaalia ai le suiga i le amio mo le 23 μl o le nano-SCE e avea o se galuega o le nofo i totonu o le pusa totigilima.E fa'aitiitia le fa'aosoina o le ion pe a fa'agogo se'ia tu'u i se tau e tutusa ma le silica i le paleni fa'atasi ma le mamafa o le vai o le 0.01 Pa i totonu o le pusa totigilima.E oo lava i lalo o tulaga ogaoga mago o le atigipusa totigilima, a itiiti ifo, o se vaega monolayer o adsorbed vai i luga o le silanol o loo i ai, e pei o Raman spectroscopy o loo faaalia pea se faailo i le 3524 cm−1, lea e patino mo le monolayer muamua o vai adsorbed i luga o silanol. (Ata 4B).O le fa'aoso o le ion i lalo o tulaga tumu na i lalo ifo o le ILE ta'ito'atasi i tulaga uma.O le mea lea, o le faʻaleleia e le lava e totogi ai le gau i le faʻaogaina o le ILE faʻatapulaʻaina i totonu o le pu.

(A) IR spectra o nano-SCE faʻatasi ai ma le tau x o le 1.5 (mumu), faʻamatalaga ILE (uliuli), ma le SiO2 (lanumoana), e faʻaalia ai o le vaega O═S═O (1231 cm−1) o loʻo aʻafia i le fegalegaleaiga ma OH-vaega i luga o le silica luga.(B) Raman spectra o nano-SCE ma x tau o 2 (uliuli), 1.5 (mumu), ma le 0.5 (lanumoana), faʻaalia ai le i ai o le vai aisa o loʻo faʻapipiʻiina i luga o le silanol-terminated silica e oʻo lava mo nano-SCE latalata i le saturation (0.0005). % RH) i totonu o se pusa totigilima (30 aso).(C) Fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga mo feso'ota'iga feso'ota'iga i le nano-SCE fa'atasi ai ma le fa'amavaega o le Li-TFSI i le Li + fua a'o fa'asoa e le TFSI− anion se vaega o lona tau le lelei ma le fa'apipi'i aisa-TFSI-BMP;o lanu e fai ma sui o elemene eseese i le lanu viole (silikoni), mumu (lithium), samasama pogisa (sulfur), moli (oxygen), lanumoana (nitrogen), paepae (hydrogen), ma le lanumeamata (fluorine).O laina fa'apolopolo lanu viole e fai ma sui o le hydrogen so'oga i le va o le O═S vaega o le TFSI anion ma le OH-vaega o le hydroxylated silica surface.O Li+ ion e fa'asa'olotoina e le dipole i luga o le fa'apipi'i e mafai ona femalaga'i e ala i le feavea'i po'o le fa'asalalauina fo'i o vai vai i luga a'e o fa'alava fa'aoga.Manatua e fa'atatau i le malosi o fa'amauga o le hydrogen ma le tau tutusa i luga o le silica, e mafai fo'i ona fa'atupuina le tele o mea fa'apipi'i.O fa'aaliga atoa o lo'o fa'aalia i le fig.S8.

O se mata'ina manaia o le feso'ota'iga laina ma le a'a sikuea o le taimi fa'amago e pei ona fa'aalia i le Ata 3C, o lo'o fa'aalia ai o le suiga o le amio e fa'atatau tonu i suiga i le aofa'i o vai aisa adsorbed i luga o le silica ma o le aveesea o lenei vai i luga ole laiga. fa'asalalau fa'atapula'aina.Manatua o le "fa'amago" e tupu na'o se si'osi'omaga matala lea e maualalo ai le RH nai lo le paleni aisa.O le amio e leʻi suia iloga, mo se faʻataʻitaʻiga, i totonu o sela tupe tapuni na faʻaaogaina mo fua faʻalagolago i le vevela.

O le faʻalagolago i le vevela o le nano-SCE na fuaina mo taimi eseese o faʻamago i totonu o le pusa totigilima.A o latalata atu le conductivity o le nano-SCE mamago i le ILE, o le faaauau pea σi versus 1 / T talaaga otooto mo mesophase conductivity faasolosolo suia i le talaaga otooto mo le ILE, toe faaalia ai le pa'ū faataamilo i lona tulaga liusuavai (fig. S3).O lenei faʻamatalaga e lagolagoina atili ai le manatu o le aisa o loʻo galue e avea o se vaega faʻaogaina mo fesoʻotaʻiga fesoʻotaʻiga ma le ILE, faʻatupuina le amio mesophase i le nano-SCE.O le mea lea, pe a aveese le vaega galue, o le ILE ua na o le taofia i totonu o se mesoporous oxide membrane.

Fua o le faʻamalama faʻamautu eletise e faʻamaonia ai o le vai aisa i totonu o le nano-SCE e mautu, aua e leai ni tumutumu mo le faʻaitiitia o le vai poʻo le faʻamaʻiina o le vai na matauina i le inert TiN electrode (Fig. 2) poʻo le TiO2 thin-film electrode, lea e ese mai ai gaioiga. e fai ma eletise eletise mo le faʻaitiitia o le vai.Nai lo lena, o le eletise eletise o le nano-SCE e talitutusa lava ma le ILE ma faʻamapulaʻaina i le faʻamaʻiina o le TFSI- i le eletise eletise> 4.3 V ma le faʻaitiitia o le TFSI- ma le BMP + i gafatia <1 V versus Li + / Li (33).Mo le fa'atusatusaga, o lo'o fa'aalia se voltammogram mo se ILE ma le 5 mamafa % (wt%) vai fa'aopoopo (fa'atusa mea e pei o nisi nano-SCE; va'ai le laulau S1).I lenei tulaga, o se lala cathodic mo le faʻaitiitia o le vai e fuaina vave pe a maeʻa le maualuga o le Li-intercalation o anatase i le 1.5 V versus Li + / Li.

O le vevela ma le (eletise) mautu o le nano-SCE e tele lava ina fuafuaina e le ILE filler.Thermogravimetric analysis (TGA) na faʻaalia ai le mautu o le vevela o le SCE ma le ILE e oʻo atu i le 320 ° C, e tusa lava po o le a le ILE-to-silica ratio (fig. S4).I luga aʻe o lenei vevela, o le Li-TFSI ma le BMP-TFSI e pala atoa i vaega faʻafefe, ma naʻo le silica matrix e tumau pea ile 450°C.O le pasene tele o totoe pe a mae'a le fa'aleagaina o le vevela e fetaui lelei ma le vaega o le silica i le SCE.

O le nano-SCE e leʻi faʻaalia se microstructure manino i le faʻataʻitaʻiga electron microscopy (SEM) sei vagana ai se mea lamolemole ma ni paʻu silica o loʻo tilotilo i fafo (fig. S5).O le maualuga patino o le SCE na fuafuaina i le helium pycnometer ma e tusa ma le 1.5 g/cm3 mo tau x uma (laua S1).O le silica matrix atoa na faʻaalia e ala i le faʻafefeina o le ILE i totonu o se solvent (silasila i Mea ma Metotia).E ala i le fa'amamago ma le fa'aeteete i le vaega taua o le CO2, e mafai ona maua mai ai le monoliths airgel e pei o le ata 1A.O le suʻesuʻega a le SEM o loʻo faʻaalia ai se faʻailoga o le silica mesoporous ma le 10- i le 30-nm pore diameter, lea o loʻo afifi i le tele o macropores o le 100 i le 150 nm, e pei ona vaaia i le Ata 1 (B ma le C).O le maualuga o le fa'aliliuina o fa'amatalaga fa'aeletonika fa'aeletonika (TEM) (Fig. 1D) na fa'aalia atili ai se microstructure o lo'o fa'apipi'i fa'atasi ma silica nanoparticles.Ole fua ole vaeluaga ole 7 i le 14 nm mo tau x ile va ole 0.5 ma le 1.5.

O le vaega patino o luga [Brunauer-Emmett-Teller (BET)], porosity, averesi pore lapoa, ma le tele o pore tufatufa na fuafuaina i le N2 adsorption / desorption fua (table S1 ma fig. S6).O se vaega o le pa'u o le fausaga ma le le atoatoa o le aveesea o le ILE adsorbed e ono fa'aseseina numera.Aveese ma le faaeteete o le vai ionic ma faʻagogo faʻagesegese e faʻaaoga ai le CO2 supercritical tuʻuina atu, peitaʻi, faʻatuatuaina taunuuga latalata i le porosity faamoemoe fuafuaina mai le vaega vaega voluma o le ILE i silica (Fig. 1).Ole vaega ole BET ile va ole 800 ma le 1000 m2/g.Ole fua ole pore na maua mai ile malifa ole isotherm ile va ole 7 ma le 16 nm.E le gata i lea, o se vaega laʻititi o pores tetele e oʻo atu i le 200 nm na fuaina (fig. S6), e tusa ai ma faʻamatalaga SEM.O le lautele o pore e fetaui lelei ma le faaluaina o le mafiafia tutusa o le ILE layer na maua mai le vaega o le voluma ILE ma le vaega o le BET, o lona uiga o le mesopores ua tumu atoa i le ILE.

Ole vaega ole BET na lipotia e mo na'o mesopores ma macropores.Mo le acetone-rinsed matrix, micropores (~ 0.6 nm) sa fuaina foi.O micropores o loʻo maua i le va o nanoparticles silica taʻitasi e fausia ai le fausaga e pei ona faʻaalia i le ata TEM o le Ata 1D.Ole maualuga ole fa'aopoopoga ole va'aiga ile va ole 650 (x = 0.5) ma le 360 m2/g (x = 1.5) ua fa'atatauina (siua S1).

O FTIR ma Raman spectra o loʻo faʻaalia manino faʻamaoniga mo vaega silanol o loʻo faʻapipiʻiina mole vai aisa i luga o le silica matrix silica ma sili atu le aoga o luga ole 1400 m2/g pe a mafaufau i micropores, mesopores, ma macropores.I le va o le zero ma le tolu vai e tasi e fuaina mai le tele o vai i le nano-SCE mo x <1.75.Mo silica planar, o mea muamua e tolu monolayers o vai adsorbed e moni lava manatu e le gaioi ma malo-pei ona o lo latou malosi o le hydrogen pipii i le OH-terminated luga (32) (silasila i le ata S2).O le fa'alava O─H e feso'ota'i ma le silanol hydrogen fa'apipi'i i se vai aisa e maua i le 3540 cm−1 i le FTIR spectra.O nano-SCE uma o loʻo faʻaalia, ioe, o se tumutumu maʻoti i le 3540 cm−1 mo le vai aisa pe a maeʻa le faʻamago ma pe a maeʻa ona faʻamago i totonu o le pusa totigilima (Fig. 2).E oo lava i le nano-SCE tutusa i le 0.0005% RH (pusa totigilima), o loʻo faʻaalia pea e Raman spectroscopy le i ai o se vaega monolayer (Fig. 4B).O le monolayer lona fa i luga o le silica planar e talitonuina o se faʻaulu solo, o lona uiga o loʻo faʻapipiʻi pea ma faʻasaina ae mafai ona i ai sina gaioiga.Mai le vaega lona lima i luga, ua avea le vai ma feaveai ma pei o le vai.Ole vai pei ole sua ole a fa'aalia ile maualuga ole galu ile fusi ole FTIR ona ole la'ititi ole H-fa'amau ile vai vai.Mo le nano-SCE fa'aalia i le 60% RH, o le 3540-cm−1peak o lo'o fa'aalia moni ai le fa'aopoopoina o vibrations ua si'i atu i le maualuga o le galu ona o le fa'aopoopoina o le vai fa'asusu vai.O le manaia i lenei tulaga o le faʻataʻitaʻiga lea na faʻaalia ai le faʻataʻitaʻiga i le 30% RH, ona e leai se vai vai o loʻo faʻamoemoeina i luga o le silica i lenei susu (fig. S2).Mo lenei fa'ata'ita'iga, na'o le 3540 cm−1 pito i luga ole vai aisa o lo'o va'aia ile FTIR.E le gata i lea, e leai se vai maualuga na maua i le 1635 cm−1 e tusa lava pe uma le 4 aso ile 30% RH.O lona uiga o le vai e le faʻaaogaina e le hygroscopic Li-TFSI faʻamavae i le hydrophobic BMP-TFSI pe a faʻamago le nano-SCE e ala ile vacuum treatment.O le mea lea, so'o se vai fa'aopoopo i totonu o le SCE o le a fa'apipi'iina i luga o le silica fa'amuta OH.O le mea lea, mo le silica planar, o le SCE silica matrix o loʻo i totonu o le paleni ma le mamafa o le vai i le siosiomaga.

Ina ia faʻataʻitaʻiina atili lenei manatu, o le faʻaogaina o le ion o nano-SCE (x = 1, 1.5, ma le 2) na fuaina i le % RH eseese;o faʻataʻitaʻiga na faʻaalia i se faʻafefiloi faʻatonutonuina o le kasa N2 mago ma susu i totonu o se pusa totigilima mo le 2 aso e faʻatagaina ai le vai faʻafefeteina e oʻo i le paleni (Fig. 3D).Mo togi i le ~ 0% RH, o le conductivity mo le equilibrated nano-SCE i le pusa totigilima na ave.O le mea e ofo ai, o le fa'aogaina o le ion ma le RH(%) fa'amatalaga na mulimulita'i i le amio fa'amoemoeina mo le su'eina o le vai i luga o le silica planar (fig. S2).I le va o le 0 ma le 30% RH, ua fa'atuputeleina le conductivity i le fa'ateleina o le RH.e pei ona fa'amoemoeina mo se fa'atuputeleina o le mafiafia o le fa'aaisa fa'apipi'i fa'apipi'i ma le mafiafia (e tutusa ma le tasi i le tolu fa'a aisa i luga o le silica planar).Manatua o le FTIR na faʻaalia e leai se vai e maua fua i le nano-SCE mo ni nai aso ile 30% RH.O lo'o va'aia se suiga ile 50% RH, e fetaui ma tulaga o lo'o fa'amoemoeina ai se vai fa'afefete fa'afefete mo le silica planar.Mulimuli ane, o se faʻaopoopoga tulaga ese o le faʻaogaina o le ion e maua i le 60% ma maualuga atu le susu lea, i le tutusa ma le planar silica, i le taimi nei, o se vai-pei o le vai e foliga mai e fausia i le va o le silica ma le ILE faʻapipiʻi.Faatasi ai ma le FTIR, o se vai vai i luga o le aisa ua iloa nei e ala i le suiga o le silanol / aisa / vai maualuga vibrational maualuga i le malosi maualuga (Fig. 2A).O le suiga vaaia i le conductivity e mafai ona fesuiaʻi;o lea, o le nano-SCE e mafai ona galue o se masini susū ma se Li-ion electrolyte.Mai le Ata 3D, o le ion conductivity o le nano-SCE i le taimi lava pe a uma gaogao anneal fetaui ma se equilibrium hydrated silica o le ~ 10% RH.O le fa'aosoina o le ion mo le saturation i tulaga o le potu mago (~ 0.5% RH) e tusa ma le 0.6 mS/cm (mo x = 2).O lenei fa'ata'ita'iga o lo'o fa'aalia manino ai le a'afiaga o le vai fa'afeso'ota'i i luga o le fa'aoso o ion.Mo le RH> 60%, e mafai ona faʻamatalaina le maualuga o le ion conductivity e ala i le faʻasalalau vave o le Li + faʻamaʻapeʻa e ala i le faʻafefe pei o le vai.Ae peita'i, i le tulaga o se fa'aa'aisa malo, o le fa'asalalauina o le Li + ion o le a avea ma fa'asalalauga tu'aiga malo ma fa'apea e fa'agesegese ai nai lo le vai ionic lava ia.Nai lo lena, o le faʻaleleia e faʻatatau i le faʻaleleia atili o le faʻaogaina o anion ma cation o le Li-salt ma le ionic liquid molecules, e pei ona faʻaalia i le faʻataʻitaʻiga o loʻo i lalo.

Matou te tuʻuina atu se faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻapipiʻiina ai mole o le vai ionic i luga o le silica e ala i alalaupapa-H faʻatasi ai ma le faʻaogaina o le aisa i luga o vaega silanol (Fig. 4).O le natura faʻapitoa o le hydrolysis condensation reaction e maua ai le silanol density maualuga (4 × 1014 i le 8 × 1014 cm−2, lea e fetaui lelei ma le mamafa o le tasi monolayer o le aisa ma ~ 8 × 1014 mole vai i le cm2) (34).O faʻamaoniga mo fesoʻotaʻiga mole mole i le va o le O atoms o le TFSI anion ma le silica o loʻo tuʻuina mai e le FTIR, lea e faʻaalia ai le faʻaluaina o le maualuga o le O═S═O mo nano-SCE uma pe a faʻatusatusa i le faʻamatalaga ILE (Fig. 4A; spectra atoa. i le ata S8).O le suiga o le tumutumu faaopoopo e tusa ma le −5 cm−1 mai le 1231 cm−1 o loʻo faʻaalia ai le fusia o vaega O═S═O mo le itiiti ifo o se vaega o le TFSI anion.O le mea lea, o le faʻapipiʻiina o le TFSI i luga o le vai aisa ua manatu.Mulimuli ane, o le tele o le hydrophobic BMP cations e fesoʻotaʻi ma le vaega muamua o le TFSI, faʻamaeʻaina le faʻapipiʻi muamua o mole mole vai.Ae mo le vaega aisa, o molelaula BMP-TFSI adsorbed e manatu e tele lava ina le gaioi, ma faʻalauteleina ai le faʻamaʻa pei o le aisa i luga o le silica.Ona o le TFSI anion o loʻo i ai se vaega tutusa O═S═O, e tasi le okesene atom e mafai ona fegalegaleai ma le hydroxylated silica luga ae o le isi e fai ai mea pipii mo cation BMP.O le TFSI anion e lua foʻi vaega O═S═O, faʻamautinoa le faʻapipiʻiina ma le mafiafia o le faʻatonuga o le anion monolayer.Adsorption e sili ona lelei i le tulaga o se vaega aisa mafiafia ma le maualuga maualuga o OH-vaega e mafai ona pipii ai.I le i ai o na'o vaega silanol, o le adsorption atonu e le lava le malosi e fausia ai se faʻasalalauga faʻaauau.E le gata i lea, o le faateleina o le numera o le aisa monolayers ua iloa e faateleina ai le malosi o le hydrogen bond (35).Manatua o fegalegaleaiga mole i le va o le BMP cation ma le TFSI monolayer okaina o le a ese mai i le vai ionic lea e iai le saolotoga o le TFSI anion ma e leai se polarization mai se pito i lalo.O le moliaga o le tele BMP cation e moni lava tufatufaina atu i luga o le tele o atoms e ala i le polarization o sootaga totonugalemu ma e ala i fegalegaleaiga mole ma lona siosiomaga kemikolo ma, aemaise lava, le adsorbed TFSI anion.O le sootaga H i le va o le O-vaega o le TFSI anion ma le OH-faʻamuta o le aisa i le taimi nei ua faʻaalia ai se dipole i luga o le vaega muamua adsorbed, faʻaosofia atili mole faʻatonuga e ala i le mafutaga.E talitonuina i le taimi nei, o molelaʻa laiti Li-TFSI e faʻapipiʻi i luga o le mole mole lea e toe totogi ai e le anion TFSI le tau o le dipolar lelei o totoe o le tasi poʻo le sili atu o le BMP cations i le pito i luga, ma faʻamavae ai lona sootaga ma lona Li. iona.I lenei auala, o le faʻaogaina o le free Li + ua faʻateleina i lenei atinaʻe, e taʻitaʻia ai le maualuga o le ion conductivity.O le mea lea, e sili atu le mafiafia ma le mafiafia o le aisa ona faʻafeiloaʻi ai se dipole lapoʻa ma le maualuga o le tau totoe e totogi ai, e maua ai le maualuga maualuga o le Li + faʻatasi ma faʻapea le faʻauluina o ion.

I le pito i luga ole laiga ILE fa'apipi'i, po'o le isi vaega ILE e mafai ona fa'apipi'i tutusa ma le aisa multilayers i luga o le silica po'o le dipole toso o le vaega aisa e vaivai tele ma o lo'o i luga le ILE mama e fusifusia, ona mafai lea ona tu'uina atu le fa'asusu pei o le vai mo o le Li + ion ua tuʻuina atu i le vaega pito i lalo ole adsorbed (Fig. 4C).O le suiga ole fua ole Li+ ion concentration na fa'amaonia e le NMR ma le Raman spectroscopy fua.O fua fa'atatau a Raman o lo'o fa'aalia ai o lo'o iai moni lava le vaega tele o Li + ion e leai se totogi i le nano-SCE fa'atasi ai ma le tele o vai aisa e fusifusia i le silica (Fig. 5).O le Raman e fuaina le fesoʻotaʻiga o le cation ma le TFSI e ala i le suʻeina o le vibration o le N-vaega o le TFSI anion (36).I le vai mama BMP-TFSI ionic, na o le tasi le tumutumu i le 741 cm−1 o loʻo vaʻaia.I le tulaga o le ILE mama, o se tumutumu faaopoopo o loʻo vaaia i le 746 cm−1 lea e lua TFSI anion e faʻamaopoopo ma se tasi Li + ion [silasila i le density functional theory (DFT) calculations in Materials and Methods].Mo nano-SCE uma, o le maualuga maualuga i le 746 cm-1 e sili atu le vaivai nai lo le ILE, e faʻaalia ai se vaega laʻititi o le Li-TFSI e fesoʻotaʻi ma, o le mea lea, o se vaega tele o Li + cation e le faʻafesoʻotaʻi pe leai.E matua fa'aitiitia le tumutumu mo na nano-SCE o lo'o fa'aalia ai le fa'aleleia atili o le amio, fa'atusa, oi latou e sili ona mafiafia le aisa.Mo le nano-SCE i le paleni i totonu o le atigipusa totigilima, ae, o se vaega o le Li + saoloto e fuaina e ui ina laʻititi tele nai lo faʻataʻitaʻiga vacuum-annealed.O le fua faatatau o le maualuga maualuga mo le 746 i luga ole 741 cm−1 Raman suiga ona o se fua o le fua faatatau o le saoloto i TFSI-fesoʻotaʻi Li-ions (Fig. 5B).Ole si'itia laina ole vaega ole Li+ ion saoloto ma le tau x e mulimulita'i lelei ile tulaga o le fa'aleleia atili o le amio ma le tau x ile Ata 3B, mo le nano-SCE fa'amago mama (aso 0) ma le SCE i le paleni ma le fa'amago o le totini lima (aso. 138).

(A) Raman spectra o se vai ionic (IL; laina lanumoana togitogi) ma le ILE faasinomaga (ILE; laina togitogi) o pei ona saunia nano-SCE (vacuum mago) ma x tau o le 0.5 (lanu meamata), 1.5 (samasama) , ma le 2 (lanu enaena) ma le nano-SCE (x = 1.5) faʻamago faʻamago i totonu o le totigilima pusa mo le 30 aso poʻo le latalata i le saturation i le 0.0005% RH (lanu mumu).O laina tu'usa'o e fa'aigoaina le suiga Raman mo le TFSI ma lona N ogatotonu fa'amaopoopo i le Li+ (746 cm−1) ae le fa'amaopoopo i le Li+ (741 cm−1), i le faasologa.(B) Fuafuaga o le saoloto i le faamaopoopoina Li + o nano-SCE e pei o synthesized (mamago gaogao, li'o uliuli) ma fa'amgo fa'amamago i pusa totigilima ma le 0.0005% RH mo le 30 aso (taimane lanumoana), e fetaui ma le fua faatatau o le malosi fa'atasi o le O tumutumu o Raman (746 cm−1 i luga ole 741 cm−1).(C) PFG-NMR-e maua mai Li + fa'asalalauga fa'atasi o le nano-SCE (taimane mumu) ma le ILE ref.(faatafafa uliuli) e fai ma galuega o le va i le va o pulus maneta gradient.O faʻataʻitaʻiga faʻapitoa i luga o Raman spectra na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le DFT faʻatusatusaga.

Mai le pulsed-field gradient NMR (PFG-NMR), o le faʻasalalauina o le tagata lava ia o ituaiga eseese o le Li-ion na faʻamoemoeina o se galuega o le va i le va o le gradient magnetic field pulses ∆ mo le ILE liquid reference ma mo se nano- SCE (x = 1.5) faʻatasi ai ma le faʻaogaina o ion tutusa o le 0.6 mS / cm (Ata 5C).O le Li+ self-diffusion coefficient i le ILE reference sa tumau, e taʻu mai ai e naʻo le tasi pe tele ituaiga o Li e tutusa lelei le gaoioi o loʻo iai i totonu o le vai.Mo le nano-SCE, o le faʻasalalauga o le tagata lava ia e fesuisuiaʻi ma ∆ ma sili atu i le ILE i le puʻupuʻu ∆, e faʻaalia ai le i ai o ituaiga faʻavavevave e tali naʻo taimi pupuu i le va o pulupulu mageta.O le gradient i le fa'asoasoaina o le tagata lava ia e ta'u mai ai e soso'o ma le fa'atuputeleina o le Li-ion fa'asa'oloto, e pei ona fa'ailoa mai i le spectroscopy a Raman, o le malosi fa'aagaoioia mo fa'asalalauga e fa'aitiitia fo'i i totonu o le fa'aulu o le mesophase.E lagolagoina e lenei mea le faʻaleleia atili o le amio na faʻaalia e le (sili atu) free Li + ion i le mesophase layer.I le umi ∆, o le fa'asalalauga o le tagata lava ia na maualalo ifo nai lo le fa'amatalaga ILE.Ole mea lea e fa'amaonia ai le tele o le fa'aosoina ole ion mo le pusa totigilima-tumu nano-SCE fa'atusatusa ile ILE.O le ILE o lo'o fa'atumauina i totonu o le mesopores o le a maualuga le viscosity ona o le fa'atapula'aina o gaioiga mole.O le mea lea, o le faʻaleleia atili e ala i le fatuina o Li-ions faʻasalalau vave i le silica / aisa / ILE faʻaoga e tatau ona faʻafefe ai le faʻaitiitia o le amio i totonu o le pore.O lo'o fa'amatalaina ai le leai o se fa'aleleia atili i faiga fa'avae e le maua ai e feso'ota'iga le fa'alauteleina o le fa'aosoina o ion (fig. S1).

O le faʻamautuina o le eletise o le nano-SCE e faasaga i le uʻamea lithium na faʻataʻitaʻiina i le faʻaogaina o le tolu-electrode setup (schematic o le seti o loʻo faʻaalia i le ata S7).O le uiga o loʻo iai nei o le Li / SCE (x = 1.5) ma le Li / ILE afa-cell o loʻo faʻaalia i le Ata 6A.Ae mo le faamalama eletise i le Ata 2, o le eletise e faʻatapulaʻaina e le ILE faʻatumu.O lo'o matauina le fa'aliliuina o le litium fa'apipi'i ma le fa'amama.O se mea mautu electrolyte interphase (SEI) layer ua faia i metallic lithium ma se RSEI e uiga i 0.9 kilo-ohm · cm2, e nafa ma le pa'ū tele IR i le curve iU i itu uma cathodic ma anodic.O le cathodic current i fofo ILE mama e leʻi faʻaalia se faʻamaʻi i lalo i le -2.5 mA / cm2.Ae ui i lea, o le anodic dissolution na faʻaalia ai se tumutumu passivation faʻatasi ai ma se tulaga tumau anodic o loʻo naʻo le 0.06 mA / cm2.O le lala cathodic o loʻo i ai nei i le fesoʻotaʻiga Li / SCE solid-solid na faʻaalia ai le leai o se hysteresis mo cathodic currents i lalo ifo o le -0.5 mA / cm2.Ae ui i lea, o le tetee a le SEI e tusa ma le faaluaina.E faapena foi, o le anodic peak sa maualalo ma o le tulaga tumau i le taimi nei pe a uma le anodic passivation peak o le 0.03 mA / cm2, na o le afa o le ILE solution mama.O le faʻavaeina o le SEI ma le passivation layers i totonu o pores o le SCE faʻatapulaʻaina le taimi nei i le lithium metal.O voltammograms uma mo le Li / ILE ma le Li / SCE electrodes na toe faʻaleleia i luga o le tele o taamilosaga, e faʻaalia ai o le anodic passivation layer ma le vailaʻau SEI layer e toe faʻafoʻi ma mautu.O le faʻagesegese o le faʻamavaeina o kinetics i le Li / SCE faʻafesoʻotaʻi e matua faʻatapulaʻaina le faʻatinoga o le afa-selau e faia i Li metal anodes i lalo.

(A) Cyclic voltammogram of nano-SCE (x = 1.5, e pei ona faʻapipiʻiina pe a uma le faʻamagoina o le gaogao) (mumu) ma le ILE faʻamatalaga (uliuli) fuaina i le tolu-electrode configuration ma Li e pei o galuega, faʻatau, ma faʻamatalaga eletise (SEI tetee fuafuaina mai IR pa'u i luga cathodic current o 0.9 ma 1.8 kilo-ohm·cm2 mo ILE ma SCE, faasologa).(B) Gavanic tau / lafoaʻi piʻo o Li / SCE (x = 1) / 100-nm manifinifi-film LiMn2O4 sela mo taamilosaga e lima i C-fua faatatau o le 1C, 5C, ma le 20C.(C) Cyclic voltammograms o le Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 ma Li / SCE / 30-μm LiFePO4 paʻu eletise eletise (1 mV / s).(D) Galvanic totogi / faʻamalo faʻamalo o Li / SCE / 40-μm Li4Ti5O12 paʻu eletise i le 1C, 0.1C, 0.2C, ma le 0.02C.(E) Galvanic tau / faʻamalo faʻamalo o le Li / SCE / 30-μm LiFePO4 paʻu eletise i le 1C, 0.5C, 0.2C, 0.1C, 0.05C, ma le 0.01C.(F) Malosiaga (faatumu taimane mo delithiation ma tatala sikuea mo lithiation) versus cycle numera o le Li/SCE/30-μm LiFePO4 pauta eletise;o le mafiafia o le SCE i sela e tusa ma le 280 μm.Ole maualuga ole LFP ma le LTO cathode e tusa ma le 1.9 ma le 11.0 mg / cm2, i le faasologa.(G) Pi'opo'o fa'atatau i taimi ole fa'aputuga Li/SCE/Li o lo'o fa'ata'amilo ile mafiafia ole 0.1, 0.2, 0.5, ma le 0.1 mA/cm2.(H) O le 1st, 10th, 125th, ma le polarization mulimuli o le Li / SCE / Li faʻapipiʻi faʻamalosia i le 0.1 mA / cm2, faʻaalia i (G).Mo (G) ma le (H), o le SCE o loʻo i ai le conductivity o le 0. 34 mS / cm, ma le mafiafia o le SCE pellet o le 0.152 cm.

O le 100-nm LiMn2O4 (LMO) ata manifinifi sa fa'aaogaina e fai ma fa'ata'ita'iga lelei eletise e fa'ata'ita'i uma ai le mautu o le nano-SCE ma le mea fa'aeletise a'o fa'ate'aina fa'afitauli tau feso'ota'iga i vaega fa'aeletise tu'ufa'atasi (37).Ole fa'atinoga ole uila ole fa'ameamea manifinifi-film electrode/SCE fa'aputuga fa'aalia le mautu o le feso'ota'iga i le va o le electrode ma le electrolyte.I lenei faʻataʻitaʻiga seti ata manifinifi, e naʻo le tasi le fesoʻotaʻiga faʻafesoʻotaʻi e tasi, faʻamalamalama lelei, ma faʻapipiʻi i le va o le electrolyte ma le electrode, o lona uiga, o se tulaga lelei e suʻesuʻe ai le eletise o le eletise / eletise eletise e aunoa ma ni faʻafitauli o le suiga o le voluma. , ma isi Fa'apena fo'i i lenei fa'ata'ita'iga, e le fa'atapula'aina le fa'atinoga o le fua faatatau e le Li-foil counter electrode, ona o le mamafa o lo'o i ai nei (6 μA/cm2 mo le 1C) o lo'o i lalo ifo o le tulaga mautu anodic i le taimi nei mo le lithium afa- sela (0.03 mA/cm2).E mafai ona toe gaosia ma fa'amautu fa'atonuga/tu'u'esega e maua mo le tipi tipi i le 4.3 V mo C-fuainumera i le va o le 1 ma le 20C mo le sili atu i le 20 taamilosaga (Ata 6B).LMO e le mautu i se eletise eletise mo LiB.Mo se faʻataʻitaʻiga, o le 50% o le faʻaitiitia o le malosi na matauina i luga o le 100-nm LMO ata tifaga faʻaalu mo le 10 taamilosaga i se LiClO4 / propylene carbonate electrolyte i le 1C (37).O a matou faʻaiʻuga e faʻaalia ai o le nano-SCE e sili atu ona fetaui ma le LMO nai lo le eletise eletise masani.

Ina ia faʻaalia le tuʻufaʻatasia o le nano-SCE, matou te faʻapipiʻiina foi le afa-cells ma Li4Ti5O12 (LTO) ma LiFePO4 (LFP) paʻu eletise.O le vaifofo muamua na pa'ū-tu'u i totonu o le sela tupe e fa'asusu ai le electrodes porous ma tu'u ai mo le fa'amago atili a'o le'i fa'amago ma fa'amama-fa'apena tutusa e pei o pellets nano-SCE.O sela o loʻo faʻaalia ai le faʻaogaina o le lithiation / delithiation o le eletise tutusa (Fig 6C).Ole maualuga pito i lalo ole au mo LFP nai lo le LTO e mafua ona ole eseesega ole mafiafia o le ufiufi.O le faʻatinoga o le faʻatinoga i le taimi o fua / faʻasalaga ua faʻatapulaʻaina nei e le Li-foil counter electrode oomi i luga o le nano-SCE layer na faia i luga o le 30- i le 40-μm-mafiafia electrode coatings (Fig. 6, D ma E).O le LTO / nano-SCE / Li cell na ausia lona maualuga maualuga o le 160 mA · itula / g naʻo le maualalo C-rate o le 0.02C (Fig. 6D).E vave ona pa'ū le gafatia avanoa i le C-rate i lalo ifo o le 10% mo le C-rate e sili atu nai lo le 0.1C.E faʻapea foʻi, o le LFP / SCE / Li cell na ausia lona maualuga maualuga e tusa ma le 140 mA · itula / g i le 0.01C (Fig 6E).Ata 6F o lo'o fa'aalia ai le fa'atinoga o fua faatatau mo le aofa'i o ta'amilosaga e 30, fa'aalia ai le fa'atulagaina o sela mautu.O nei suʻesuʻega e faʻaalia ai le faʻaogaina o le nano-SCE e pei o le Li-ion electrolyte ma le mafai ona tuʻufaʻatasia i sela Li-ion.

O le mautu poʻo le cyclability o le nano-SCE na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le Li / SCE / Li faʻapipiʻi tutusa.Na fa'ata'amilo mo le sili atu i le 120 ta'amilosaga i le maualuga o lo'o i ai nei o le 0.1 mA/cm2 mo le 0.5 itula (Ata 6G) e aunoa ma ni fa'afitauli po'o le fa'avaeina o dendrite (Fig 6H).O le voltage polarization na faʻaitiitia le taimi, faʻaalia le faʻaleleia atili o fesoʻotaʻiga.E le gata i lea, o le cell na faʻamalosia e oʻo atu i le densities o loʻo i ai nei o le 0.5 mA / cm2, e aunoa ma se faʻavaeina o le lithium dendrites poʻo faʻailoga o le faʻaleagaina o le nano-SCE poʻo le atinaʻe (Fig 6G).O le lithium u'amea ua iloa e fausia ai se puipui interphase puipui po'o SEI i luga o lona pito i luga ole BMP-TFSI ILEs (27).O lenei tali e tupu foi i le lithium / nano-SCE interface;e pei ona talanoaina i lalo o le Ata 6A, e ono tupu le SEI i totonu o pores, faʻamatalaina le maualuga o le SEI teteʻe mo nano-SCE nai lo ILE (silasila i luga).O faʻamaoniga mo se SEI layer na maua mai le IR spectra (fig. S9).E tutusa ma se SEI faʻapipiʻi i le LiB masani, lea e siaki ai le graphite electrode mai le electrolyte vai e aloese ai mai le faʻaalia atili, matou te talitonu o le SEI iinei e puipuia ai foi le vai aisa mai isi tali mai le anode lithium metallic.Impedance spectra i luma ma ina ua uma le polarization o le Li / nano-SCE (x = 1.5) mo 10 itula e leʻi faʻaalia se suiga i le tele o le electrolyte teteʻe.E mana'omia fua fa'atinoga umi o le ti'eti'e uila e fa'amago lemu ai le nano-SCE e ala i le u'amea lithium, ae o nei fa'ai'uga ua fa'aalia ai lona gafatia mo le fa'ata'amilosaga lelei o le SCE i ma'a malo-malosi fa'avae lithium.Ae ui i lea, e mafai ona mafaufauina mea faʻapipiʻi interphase e faʻaleleia atili ai le faʻaogaina o fesoʻotaʻiga.

Ua matou faʻaalia o le faʻalauiloaina o le faʻaogaina o le ion i fesoʻotaʻiga silica e mafai ona ausia e ala i le faʻaofiina o se vai e faʻafefeteina i luga ole OH-terminated silica surfaces.O le TFSI anion e su'e i luga o lenei vai fa'aogaina e ala i le fa'apipi'iina o le hydrogen ma le vaega tutusa O═S═O.O le vai i luga o le vai e le gaioi ma o le mea lea e faʻapipiʻi ai le TFSI faʻapipiʻi i luga.O le tele o le BMP cations e fesoʻotaʻi ma le TFSI monolayer, ma faʻaalia ai le faʻatonuga mole o le TFSI-BMP i luga.Matou te talitonu o le faʻagesegese gelation i totonu o le siʻosiʻomaga aqueous ma le faʻagogo faʻagesegese fesoasoani i le faʻatulagaina tuʻufaʻatasia o le faʻaogaina o le vai faʻaogaina ma le faʻatulagaina faʻatulagaina o ion organic i luga.Aʻo faʻasoa e le vaega muamua o le anion TFSI se vaega o lona tau leaga i le silica hydroxylated, o le BMP cation layer i luga o le a sailia le fesoʻotaʻiga ma se isi anion TFSI, lea e mafai ai e le tele o BMP ona faʻasoa a latou tau e leʻi totogia i le tasi TFSI (atonu e tolu i le tasi e pei o le fua faatatau ole IL ile Li-TFSI ile ILE).A'o fa'alatalata mai molela'au masima Li-TFSI, o le Li + ion o le a ta'ape ma fa'asa'oloto mo le fa'asalalauina vave i luga o lenei fa'aulufale.Mo le fa'aleleia atili, o nei ituaiga Li+ e maua fua e mana'omia a itiiti ifo ma le tasi le fa'aopoopoga vai fa'aopoopo e fealua'i ai.Mo lenei mafuaʻaga, o le nano-SCE faʻatasi ai ma le tau maualalo x o le 0.5 na faʻaalia ai le leai o se faʻaleleia atili o le amio, ona o le ILE voluma / silica luga o le eria e lava mo na o le tasi monolayer tapunia.

Na fa'aalia atili e fa'apea e le'o fa'aogaina le fa'aeletise o le vai i luga e pei o le vai po'o le aisa.I le taimi nei, e le mafai ona tatou faʻateʻaina o le vai aisa e faʻafesoʻotaʻi saʻo ma le eletise eletise e le o tali atu.Ae ui i lea, na matou faʻaalia e faʻagesegese le faʻasalalauina o le vai i luga ma faʻapea e le mafai ona iloa.Matou te iloa o le faʻaleagaina o le vai, tusa lava pe laʻititi, o le a avea pea ma popolega, ma naʻo suʻega umi o le olaga e mafai ona maua ai se tali mautinoa pe o lava le vai.Peita'i, ua mafai nei ona atia'e isi fa'ava'a fa'atino e fa'apena pe sili atu fo'i fa'alauiloa luga.I lenei tulaga, o le vaega o Li ua uma ona faʻaalia le gafatia o se glycidyloxypropyl layer e avea o se vaega galue (18).Ole vai aisa e fa'atatau ile silica ma o lea e fetaui lelei e su'esu'e ai le a'afiaga o le fa'aogaina o luga ole fa'agaioiga o le fa'aoso ole ion, e pei ona fa'aalia lelei iinei.E le gata i lea, o le mesophase layer ma lona dipole o le a faʻalagolago i luga o le oxide ma luga o le faʻaogaina o meaola faʻalaʻau ma mafai ai ona faʻalogoina e lua.I totonu o le fale suʻesuʻe, ua uma ona matou faʻaalia le tele o eseesega i le faʻalauiloaina o le faʻaosoina o le ion mo vai eseese o le ionic.E le gata i lea, o le mataupu faavae o loʻo faʻaalia e lautele agai i le faʻaogaina o le ion ma e mafai foi ona faʻaogaina mo faiga faʻaoga eseese e talafeagai, mo se faʻataʻitaʻiga, mo maa sodium, magnesium, calcium, poʻo alumini ion maa.I le faaiuga, o le nanocomposite electrolyte faʻatasi ai ma le faʻaogaina o fesoʻotaʻiga o loʻo faʻaalia iinei o se manatu nai lo se mea e tasi, lea e mafai ona sili atu (nano) faʻainisinia i mea manaʻomia o le faʻaogaina o le ion, numera o felauaiga, faʻamalama eletise, saogalemu, ma le tau mo augatupulaga i le lumanaʻi. .

O le nano-SCE na saunia e faʻaaoga ai se metotia 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%), ma 1 ml o le PGME sa fa'afefiloi i totonu o se fagu tioata.O le fua molar, x, i le va o le [BMP][TFSI] ma le TEOS i le paluga na fesuisuiaʻi i le va o le 0.25 ma le 2. O le fua molar o le Li[TFSI] ma le [BMP][TFSI] na faʻamauina i le 0.33: 1.Ole aofa'i ole Li[TFSI] ma le [BMP][TFSI] na fa'amauina mai nei fua faatatau.Mo se faʻataʻitaʻiga, pe a x = 1, o le faaopoopo [BMP][TFSI] ma le Li[TFSI] i le vaifofo e 0.97 ma le 0.22 g.O faʻafefiloi na luluina mo le 1 min e fai ai fofo monophasic.O nei vaifofo na teuina i totonu o fagu tapuni e aunoa ma le faʻamalosi e fai ai gels i totonu o se potu e pulea le vevela ma le susu (SH-641, ESPEC Corp.) faʻatasi ai ma le vevela ma le RH% seti i le 25 ° C ma le 50%, i le faasologa.Faʻalagolago i le x, o faʻafefiloi na ave, i le averesi, 5 i le 9 aso e fai ai se gel manino.A maeʻa le faʻamalo, o fagu e iai le 2.4- i le 7.4-ml gel na faʻamago muamua i le 40 ° C mo le fa aso atoa i le faʻaititia teisi o le mamafa (80 kPa) ona faʻanofo ai lea i totonu o se ogaumu gaogao mo le 72 itula ile 25°C.A'o aveese le susū o totoe, na faasolosolo malie lava ona fa'aitiitia le vacuum mai le mamafa muamua e tusa ma le 50 Pa i se fa'amaumau mulimuli o le 5 Pa pe a ma le 1 le aso.Ona o le tele o le vai ma le PGME e tatau ona aveese, o le SCE pellets na faʻaitiitia i lalo mai le 20% (x = 0.5) i le ~ 50% (x = 2) o le uluaʻi voluma gel.O le mamafa o gels na maua mai na fuaina i se paleni semimicro (SM 1245Di-C, VWR).

TGA na faia i luga o se Q5000 IR (TA Instruments, New Castle, DE, ISA) i lalo ole nitrogen.I le taimi o le fua, na faʻamafanafanaina faʻataʻitaʻiga i le 700 ° C i le vevela o le 2 ° C / min.FTIR spectrometry na faia i le faʻaaogaina o le Bruker Vertex 70 i le numera o galu e amata mai i le 4000 i le 400 cm−1 i se auala faʻasalalau.Na faia le pycnometry e faʻaaoga ai le Micromeritics AccuPyc II 1340.

Ina ia fuaina le fa'aosoina o le ionic, o se vaega la'ititi o le SCE na aumai mai le fagu tina i totonu o se pusa totigilima e tumu Ar (0.1-ppm H2O ma le 0.1-ppm O2).E tusa ma le 23 μl o le SCE na faʻatumuina i totonu o le polytetrafluoroethylene (PTFE) mama ma le 4.34-mm le lautele i totonu ma le 1.57-mm le maualuga, e fai ai se pellet.O le pelleti i totonu o le mama sa sanuisi i le va o tisiketi e lua uamea (SS) (0.2 mm mafiafia; MTI).O fua fa'alavelave na faia i le fa'aaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm), fa'atasi ai ma le AC amplitude o le 5 mV i le fa'asologa o taimi mai le 1 MHz i le 1 Hz.O le ion conductivity (σi) na faʻamoemoeina mai le faʻalavelave maualuga faʻatasi ma le axis moni i totonu o fanua Nyquist.A maeʻa le fua o le conductivity, na faʻatagaina le pellet nano-SCE e faʻamago atili i totonu o le pusa totigilima.Mo le fuaina o le fua o le vevela, o le SS/SCE/SS fa'aputuga sa fa'amaufa'ailogaina i totonu o se tupe.A uma ona fa'amaufa'ailogaina, sa tumau pea le fa'aosoina mo ni nai aso (silasila i le ata S3).O le vevela o le tupe siliva e pulea i se peleue vevela ma se taele vevela e faʻaaoga ai le H2O / ethylene glycol e fai ma auala galue.Na muamua fa'alili sela i le -15°C ona fa'a'a'asa lelei lea i le 60°C.

Mai pellet nano-SCE taʻitasi, e tusa ma le 23 μl na aumai i totonu o se mama (4.34-mm le lautele i totonu ma le 1.57-mm maualuga) mo fua eletise saʻo i totonu ole pusa totigilima N2 faʻatumu ma faʻatonutonu le susu.O le mama o loʻo iai le SCE na faʻapipiʻiina i le va o vaʻa SS e lua (0.2 mm mafiafia; MTI).O fua fa'alavelave na faia i le fa'aaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm) fa'atasi ai ma le AC amplitude o le 5 mV ma le tele o taimi e amata mai i le 1 MHz i le 1 Hz e pulea e ala i le polokalama Nova.O faʻataʻitaʻiga na teuina i taʻitasi RH% tau mo le 48 itula aʻo leʻi mataʻituina le faʻatautaia seia oʻo ina faʻamautu.O le faʻamautuina o le faʻaogaina o le ionic mo se tuʻuina atu o le RH% tau (σi) na faʻamoemoeina mai le faʻalavelave maualuga ma le axis moni i totonu o fanua Nyquist.

O le morphology o le pellet ma le leai ma le Li[BMP][TFSI] ILE na siakiina i le SEM e faʻaaoga ai se meafaigaluega Thermo Fisher Scientific Apreo i le 1.5 i le 2.0 kV lea e faʻaogaina i se faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻi lua e faʻaaoga ai le T1 ma le T2 detector i le tutusa mo fetuutuunaiga ola-ata, ma le T2 detector na faʻaaogaina mo le pueina o ata SEM faʻaalia;sa fa'amauina le fa'ata'ita'iga i luga o le lipine fa'aulu carbon.Na faia le TEM e faʻaaoga ai se Tecnai o loʻo galue ile 300 kV.

Na aveese le ILE mai le SCE pellet i ni auala eseese se lua.O le tasi filifiliga e maua ai le silica porous na faia e ala i le faatofuina o le SCE i le acetone mo le 12 itula e aveese ai le Li[BMP][TFSI] ILE.E faatolu ona fai lea fufulu.Ole isi filifiliga ole fa'asusu ole SCE ile ethanol.I lenei tulaga, na aveese le ethanol e ala i le faʻaaogaina o se vai faʻamago mataʻutia CO2.

E lua meafaigaluega eseese na faʻaaogaina mo le faʻamago faʻamago, e pei o le Automegasamdri-916B, Tousimis (metotia 1) ma se meafaigaluega faʻapitoa e le JASCO Corporation (metotia 2).A faʻaaogaina le meafaigaluega muamua, o le faʻamago faʻasologa na amata ile faʻaitiitia o le vevela ile 8°C.Mulimuli ane, na faʻamamaina le CO2 i totonu o le potu, faʻateleina le mamafa i le 5.5 MPa.I le laasaga na sosoo ai, o le CO2 na faʻamafanafanaina i le 41 ° C, faʻateleina le mamafa i le 10 MPa, ma faʻatumauina mo le 5 min.I le faʻaiʻuga, i le laasaga o le toto, na faʻaititia le mamafa i luga o le umi o le 10 min.I le fa'aaogaina o le meafaigaluega fau masani, sa mulimulita'i se fa'asologa fa'apenei.Ae ui i lea, o le taimi ma le mamafa na matua ese lava.A maeʻa le laʻasaga faʻamamaina, na faʻateleina le mamafa i le 12 MPa i le vevela o le 70 ° C ma tumau ai mo le 5 i le 6 itula.Mulimuli ane, o le mamafa na faʻaititia i vaeluaga mai le 12 i le 7 MPa, 7 i le 3 MPa, ma le 3 i le 0 MPa i luga ole taimi ole 10, 60, ma le 10 min, i le faasologa.

Nitrogen physisorption isotherms na fuaina i le T = 77 K i le faʻaaogaina o le Micromeritics 3Flex suʻesuʻega faʻamatalaga mataʻutia.O le silica porous na maua na fa'auluina mo le 8 itula i le 100 ° C i lalo o le 0.1-mbar vacuum.O le silica porous na maua mai le faʻamago faʻamago na faʻamalo mo le 18 itula i le 120 ° C i lalo ole 0.1-mbar vacuum.Mulimuli ane, na fuaina le isotherms physisorption nitrogen ile T = 77 K e fa'aaoga ai le Micromeritics TriStar 3000 otometi kasa adsorption analyzer.

Ole fua ole PFG-NMR na faia ile faʻaaogaina ole JEOL JNM-ECX400.Na fa'aogaina le fa'asologa o le fa'aoso fa'asolo mo le fa'asalalauina.O le fa'aleaogaina o le fa'ailoga fa'aleaogaina, E, o lo'o fa'amatalaina i le fa'atusa (38) E=exp(−γ2g2δ2D(Δ−δ/3))(1) pe a g o le malosi lea o le pa'u o le kesi, δ o le umi o le fa'alili. pulus, ∆ o le va i le va o pito taʻitaʻi o pulus gradient, γ o le fua faatatau magnetogyric, ma D o le faʻasalalauga faʻatasi o le molelaʻau.O le fa'asalalauga fa'atasi na fa'atatauina e ala i le fa'aogaina o fa'ailoga si'uleo na maua mai i le suia o le ∆ ma le Fa'atusa.1. 7Li na filifilia e fuafua ai le faʻasalalauga faʻasalalau o le lithium ion.O fua uma na faia ile 30°C.

O le Raman spectroscopy setup o se faiga faʻaoga fale e faʻaaoga ai se argon ion e mafai ona faʻalogo i le 458-nm laser excitation light lea na tuʻufaʻatasia i totonu ole Olympus IX71 microscope, ma faʻasalalau le malamalama i tua na pasi atu ile TriVista triple spectrometer setup (Princeton Instruments). ), lea sa fa'aaogaina e fa'asalalauina ai fa'ailo fa'apitoa e maua i le fa'aogaina o se mea pu'e pu'e pu'e pu'e masini e fa'amalieina le nitrogen-cooled charge-coupled device.Ona o le maualuga o le faʻaogaina o mata i nei galu, na faʻaogaina ai le malosi o le laser e aloese ai mai le faʻavevelaina o le laser (<100 W·cm−2).

O le su'esu'eina o geometry a le DFT ma le fa'avasegaina o taimi na fa'aaogaina ai le B3LYP hybrid functional ma le 6-311++G** fa'avae fa'avae, fa'atasi ai ma le fa'asa'oga fa'ata'ape'a fa'atasi a le Grimme (39) fa'atasi ai ma le faiga fa'amasima Becke-Johnson (D3BJ), e pei o. fa'atinoina ile ORCA 3.0.3 (40).Raman spectra na faʻataʻitaʻiina e faʻaaoga ai le ORCA, ma o le faʻaaliga o mea mole mole na ausia e faʻaaoga ai le Avogadro software package (41) faʻatasi ai ma le faʻafouina o le ORCA.

O fua fa'aeletise uma ma le sauniuniga fa'ata'ita'iga fa'atatau na faia i totonu o se pusa totigilima e tumu i argon (PureLab, PL-HE-4GB-1800; <1-ppm O2 ma H2O maualuga) fa'apitoa mo fa'amatalaga fa'aeletise.O le pellet SCE na tuʻuina i luga o se lipine Li (Sigma-Aldrich; 99.9%) lagolagoina i luga o se ipu 'apamemea e pei o le fata eletise ma lua tuʻi Li tisiketi (5-mm lautele) sa tuʻu i luga o le SCE pellet mo faʻamatalaga ma galue. eletise.O le seti o loʻo faʻaalia i le fig.S7.Na fa'aogaina pine auro e fa'afeso'ota'i ai le fa'asinoga lithium ma eletise galue.Cyclic voltammetry ma impedance fua na faia i le faaaogaina o le PGSTAT302 (Metrohm) pulea e ala i Nova software.Cyclic voltammetry na faia i se fua faʻataʻitaʻiga o le 20 mV/s.O fua fa'alavelave na faia i le AC amplitude o le 5 mV ma fa'asolo mai le 1 MHz i le 0.1 Hz.

O le 40-nm anatase TiO2 thin-film electrode na teuina i le atomic layer deposition (ALD) i luga o le 300-mm silicon wafer ma le 40-nm TiN underlayer na teuina foi e le ALD.O se su'ega sili ona lelei mo le fa'aalia o le Li-ion conductivity e ala i le electrolytes, ona o le TiO2 e le mafatia i le fa'aleagaina o vaila'au po'o le mamafa o le masini (leai se suiga tele o le voluma) i le taimi o le uila.Ina ia fuaina le Li / SCE / TiO2 cell, na faʻatumu le ILE-SCE i se mama PTFE ma le lautele o le 4.3 mm ma le mafiafia o le 0.15 cm;ona sosoo ai lea ma le mama i le va o le Li iila ma le ata TiO2.

Nano-SCE/thin-film electrode afa fa'aputuga, fa'atasi ai ma le eletise LMO, na fa'apipi'iina e ala i le fa'apipi'iina o le ata nano-SCE i luga o le eletise.Ole aofaʻi ole 150 μl o le x = 1.5 solution, matua mo le 2 aso, na faʻapipiʻiina i totonu o se mama tioata (diameter, 1.3 mm) faʻapipiʻi i luga o ata eletise.Ona fa'amaufa'ailogaina lea o le mama i le parafilm, ma fa'amauina le vaifofo i totonu o se atigipusa fa'amaufa'ailoga mo le 4 aso.O le fa'aputuga gel/electrode fa'apena na fa'amago e fai ai nano-SCE/electrode stacks.O le mafiafia o le nano-SCE, fuafuaina e faʻaaoga ai se micrometer, e 300 μm.Mulimuli ane, o le lithium foil (1.75 mm mafiafia, 99.9%; Sigma-Aldrich) na faʻapipiʻiina i luga o le nano-SCE / electrode stack e pei o le anode.O le 100-nm LiMn2O4 (LMO) manifinifi-film electrode na teuina e ala i le leitio sputtering i lalo o Ar tafe i luga o se kasa wafer ufiufi i le 80-nm Pt (DC sputtering)/10-nm TiN (ALD) underlayers.O lenei faaputuga na faʻapipiʻiina mo le 20 min i le 800 ° C i le ea okesene.

LiFePO4 (LFP) ata eletise na saunia e ala i le ufiufi o lau.Muamua, o le carbon black ma le LFP (2 i le 3 μm) na faʻaopoopoina i se vaifofo vai o loʻo i ai le carboxymethylcellulose (CMC) e fai ai se paluga na mulimuli ane faʻafefiloi e faʻaaoga ai se paluga paneta.Ona, o le oloa homogenized na fefiloi ma vai deionized ma se fluorinated acrylic latex (JSR, TRD202A) i totonu o se masini faafefiloi e fausia ai se slurry mo electrode coating.O le slurry ua saunia na lafo i luga o pepa alumini e teu ai ata eletise e faʻaaoga ai se faʻapipiʻi lau.O nei eletise susu ua fa'apipi'iina na vave fa'agogo i totonu o se ogaumu ea ma le ea fa'afefe i le 70°C mo le 10 min ma toe fa'amago i le 140°C mo le 4 itula i totonu o se ogaumu gaogao.O ata mago eletise e aofia ai le 91 wt% LiFePO4, 3 wt% carbon black, 2 wt% CMC, ma le 4 wt% TRD202A.O le mafiafia o le ata e 30 μm (fa'atatau i le fa'aogaina o le micrometer ma le su'esu'eina o le microscope electron).

Li4Ti5O12 (LTO) ata eletise na faia i luga o pepa apamemea i le auala lava e tasi.O le tuufaatasiga o electrodes mago o le 85 wt% Li4Ti5O12, 5 wt% carbon black, 5 wt% CMC, ma le 5 wt% fluorinated acrylic latex (TRD2001A).O le mafiafia o ata e 40 μm.

O le vaifofo o le SCE na tu'u i lalo i luga o le ata fa'aeletise o le LFP ma le LTO.Muamua, o le 100 μl o le x = 1.5 fofo, matua mo le 2 aso, na faʻapipiʻiina i luga o se ata eletise, ma le lautele o le 15 mm, tuʻu i totonu o se tupe siliva (#2032, MTI).A maeʻa ona faʻafefeteina le SCE faʻamago, faʻamago le ata i le 25 ° C mo le 72 itula i totonu o se ogaumu mama (<5 × 10−2 mbar) e fai ai le nano-SCE ma le faʻapipiʻi eletise.O le nano-SCE mafiafia sa 380 μm.Mulimuli, sa oomi se pepa lithium i luga o le SCE/electrode stacks e pei o le anode, ma faamaufaailogaina le sela tupe.Ole fua ole eletise na faia ile faʻaaogaina ole Solartron 1470E potentiostat ile vevela ole potu.

O mea faʻaopoopo mo lenei tusiga o loʻo avanoa ile http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/2/eaav3400/DC1

Laulau S1.O meatotino faʻavae o le silica matrix i le nano-SCE mo le faʻateleina o vaega molar o le vai ionic i le silica (x tau) faʻamoemoeina mai le N2 adsorption / desorption poʻo BET fua ma faʻamatalaga TEM.

Ole tala lea e tatala avanoa fa'asalalauina i lalo ole aiaiga ole Creative Commons Attribution-NonCommercial laisene, lea e fa'ataga ai le fa'aoga, tufatufaina, ma le toe gaosia i so'o se ala, pe afai o le fa'aaogaina e le mo le fa'atauga fa'apisinisi ma tu'uina atu le galuega muamua e sa'o. ta'ua.

FAAMANATU: Matou te talosagaina naʻo lau tuatusi imeli ina ia iloa e le tagata o loʻo e fautuaina le itulau e te manaʻo latou te vaʻaia, ma e le o se meli leaga.Matou te le pu'eina so'o se tuatusi imeli.

O lenei fesili e mo le suʻesuʻeina pe o oe o se tagata asiasi mai pe leai foi ma puipuia ai le tuʻuina atu o spam otometi.

Saunia e 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

Taimi meli: Iul-15-2020