Tarima kasih lebba nu kunjungi nature.com. Versi browser nupakea nia dukungang CSS terbatas. Untuk pengalamang kaminang baji, ki sarankangi ampakei versi browser beru (yareka ampa matei mode kompatibilitas ri Internet Explorer). Nampa pole, untu' ampa'tantui dukungang tulusu', anne situs anre' na'kulle antama' gaya iareka JavaScript.
Lanri jaina sumber daya natrium, baterai natrium-ion (NIB) a'jari solusi alternatif yang menjanjikan untuk penyimpanan energi elektrokimia. Kamma kamma anne, halangan utama ri pa'bakkakanna teknologi NIB iamintu kurangna bahan elektroda nu'kullea a'bali'-bali' anjagai/ampasulu' ion natrium untu' wattu salloa. Jari, tujuanna anne pa'pilajaranga iamintu untu' ansalidiki secara teoritis wassele'na pa'tambaiang gliserol ri campurang polivinil alkohol (PVA) siagang natrium alginat (NaAlg) salaku bahan elektroda NIB. Anne pa'pilajaranga a'fokus ri elektronik, termal, siagang hubungang struktur-aktivitas kuantitatif (QSAR) deskriptor elektrolit polimer berdasarkan campuran PVA, natrium alginat, siagang gliserol. Sipa'-sipa' anne niparessai siagang cara semi-empiris siagang teori fungsional kepadatan (DFT). Nasaba analisis struktural napa'nyatai rincianna interaksi PVA/alginat siagang gliserol, energi celah pita (Eg) niparessai. Wassele'na ampa'piitteangi angkua pa'tambaiang gliserol na wassele'na panra'na nilai Eg mange ri 0,2814 eV. Permukaan potensial elektrostatik molekuler (MESP) ampa'piitteangi distribusi daerah kaya elektron siagang kasi-asi elektron siagang muatan molekuler ri sikontu sistem elektrolit. Parameter termal yang dipelajari termasuk entalpi (H), entropi (ΔS), kapasitas panas (Cp), energi bebas Gibbs (G) dan panas pembentukan. Nampa pole, siapa are deskriptor hubungang struktur-aktivitas kuantitatif (QSAR) sangkamma momen dipol total (TDM), energi total (E), potensial ionisasi (IP), Log P siagang polarisasi nisalidiki ri anne pa'pilajaranga. Wassele'na ampa'piitteangi angkua H, ΔS, Cp, G siagang TDM nai' punna nai' suhu siagang kandungan gliserol. Na, panas pembentukan, IP siagang E na kurangi, na na pa bajiki reaktivitas siagang polarisasi. Nampa pole, punna nitambai gliserol, tegangan sel nai' mange ri 2,488 V. DFT siagang PM6 perhitungan berdasarkan elektrolit berbasis gliserol PVA/Na Alg hemat biaya ampa'piitteangi angkua akkullei sipa'gang a'ganti baterai lithium-ion nasaba' multifungsina, mingka parallui nipa'jari baji' siagang nipantama' ri penelitiang.
Manna pole baterai lithium-ion (LIB) jai nipake, mingka aplikasina sanna' jaina batasanna lanri siklusna sike'de', tinggina ongkoso'na, siagang sanna'na sanna'na. Baterai ion-natrium (SIB) akkullei a'jari alternatif yang layak untuk LIB nasaba' sanna' jaina, ongkoso'na sanna' tunana, siagang tena na toksisitas elemen natrium. Baterai ion natrium (SIB) ajari sistem pammolikang energi yang sanna paralluna untuk perangkat elektrokimia1. Baterai natrium-ion sanna' na andalkangi elektrolit untuk ampa'sadiai transportasi ion siagang appa'nia' arus listrik2,3. Elektrolit cair iami antu garam logam siagang pelarut organik. Aplikasi praktis parallui ni pertimbangkan baji-baji ri sesena keamanan elektrolit cair, terutama punna batena nipantama ri tekanan termal atau listrik4.
Baterai natrium-ion (SIB) ni harapkangi a'kulle a'ganti baterai lithium-ion ri allo riboko nasaba' jai cadanganna ri tamparanga, tena toksisitasna, siagang ongkoso bahanna sanna' tunana. Sintesis bahan nano lebba'mi napa'jari pila' gassing pa'bakkakanna pammolikang data, elektronik, siagang perangkat optik. Sipa'gang sastra le'ba'mi na pa'piitteang pa'pakeangna struktur nano (e.g., oksida logam, grafene, tabung nano, siagang fulleren) ri baterai natrium-ion. Penelitian a'fokus ri pengembangan bahan anoda, termasuk polimer, untuk baterai natrium-ion nasaba' serbaguna siagang ramah lingkungan. Minat penelitiang ri bidang baterai polimer yang dapat diisi ulang pasti akan meningkat. Bahan elektroda polimer baru siagang struktur siagang sipa' unik akkullei a'jari oloang untu' teknologi pammolikang energi ramah lingkungan. Manna pole sanna' jaina bahan elektroda polimer le'ba'mi niparessai untu' nipake ri baterai natrium-ion, anne bidanga nia' ija ri tahap pammulangna pa'bakkakanna. Untuk baterai natrium-ion, bahan polimer yang lebih banyak dengan konfigurasi struktural yang berbeda perlu dieksplorasi. Situru pangngassengangta kamma kammayya anne ri sesena mekanisme pammolikang ion natrium ri bahan elektroda polimer, akkullei ni hipotesiskan angkua gugus karbonil, radikal bebas, siagang heteroatom ri sistem konjugasi akkullei ajari situs aktif untuk interaksi siagang ion natrium. Jari, parallui nipaenteng polimer beru siagang tinggina kepadatan situs aktif. Elektrolit polimer gel (GPE) iami antu teknologi alternatif yang na pa bajiki reliabilitas baterai, konduktivitas ion, tena kebocoran, fleksibilitas tinggi, siagang kinerja baji12.
Matriks polimer antama tongi bahan-bahan sangkamma PVA siagang polietilen oksida (PEO)13. Polimer permeabel gel (GPE) anre' na'kulle a'lette' elektrolit cair ri matriks polimer, nu'kullea angngurangi resiko kebocoran punna nipasibandingi siagang separator komersial14. PVA iami antu polimer sintetis yang dapat terurai. Iamintu tinggi permitivitasna, tena na ballinna siagang tena na racun. Bahanna ni isse'i nasaba' sipa'na a'bentu' film, stabilitas kimia siagang adhesi. ia to'ji nia kelompok fungsional (OH) siagang kepadatan potensial silang tinggi15,16,17. Pencampuran polimer, penambahan plastifikator, penambahan komposit dan teknik polimerisasi in situ telah digunakan untuk meningkatkan konduktivitas elektrolit polimer berbasis PVA untuk mengurangi kristalinitas matriks dan meningkatkan fleksibilitas rantai18,19,20.
Pa'campuru iami antu cara parallu untu' ampa'bakka' bahan polimer untuk aplikasi industri. Campuran polimer biasana nipake untuk: (1) ampaka bajiki sipa' pammodelang polimer alami ri aplikasi industri; (2) ampaka bajiki sipa' kimia, fisik, siagang mekanis battu ri bahan-bahan biodegradable; siagang (3) a'adaptasi mange ri permintaan bahan baru yang sanna' lintakna ri industri kemasan kanre. Tena nasangkamma kopolimerisasi, pa'campuru polimer iami antu proses biaya rannu yang ammake proses fisik sederhana naia proses kimia kompleks untuk ampa'gannaki sipa' yang ni ero21. Untu' a'bentu' homopolimer, polimer maraeng akkullei a'samaturu' lalang gaya dipol-dipol, ikatan hidrogen, yareka kompleks transfer-muatan22,23. Campuran nipare battu ri polimer alami siagang sintetis akkullei napasse're biokompatibilitas baji' siagang sipa' mekanis baji', appa'nia' bahan unggul siagang ongkoso produksi rannu24,25. Jari, rie'mo minat lompo ri pa'paentengang bahan polimer biorelevan siagang a'campuru' polimer sintetis siagang alami. PVA akkullei nipasicampuru siagang natrium alginat (NaAlg), selulosa, kitosan siagang pati26.
Natrium alginat iami antu polimer alami siagang polisakarida anion nialle battu ri ganggang coklat tamparang. Natrium alginat iamintu β-(1-4)-terkait D-mannuronat acid (M) siagang α-(1-4)-terkait L-guluronat acid (G) ni susun anjari bentu homopolimer (poli-M siagang poli-G) siagang blok heteropolimer (MG atau GM)27. Isi siagang rasio relatif blok M siagang G nia efek signifikanna ri sipa' kimia siagang fisik alginat28,29. Natrium alginat jai nipake siagang nipelajari lanri biodegradasi, biokompatibilitas, ongkoso rannu, sipa'na a'bentu film baji', siagang tena toksisitasna. Mingka, jai sikali kelompok hidroksil (OH) siagang karboksilat (COO) bebas ri rantai alginat ampa'jari alginat sanna' hidrofilikna. Mingka, alginat nia sipa' mekanisna anre' baji' nasaba' rapang siagang kaku. Jari, alginat akkullei nipasicampuru siagang bahan sintetis maraengannaya untu' ampa'pilajari sensitivitas je'ne' siagang sipa' mekanis30,31.
Rioloangna arancang bahan elektroda beru, perhitungan DFT biasana nipake untu' ansalidiki kelayakan fabrikasi bahan beru. Nampa pole, tau caraddeka a'pakei modele molekuler untu' ampa'nassai siagang ampa'nassai wassele' paccoba, ampa'hemat wattu, ampa'kurangi limbah kimia, siagang ampa'nassai panggaukang interaksi32. Pemodelan molekuler ajari cabang sains yang kuat siagang penting ri lohe bidang, termasuk sains bahan, nanomaterial, kimia komputasi, siagang penemuan obat33,34. Pake program pemodelan, ilmuwan akkullei langsung anggappa data molekuler, termasuk energi (panas pembentukan, potensi ionisasi, energi aktivasi, kamma-kammayami) siagang geometri (sudut ikatan, lantang ikatan, siagang sudut torsi)35. Nampa pole, sipa' elektronik (muatan, energi celah pita HOMO siagang LUMO, afinitas elektron), sipa' spektral (mode siagang intensitas getaran khas sangkamma spektrum FTIR), siagang sipa' massal (volume, difusi, viskositas, modulus, kamma-kammayami)36 akkullei nirekeng.
LiNiPO4 ampa'piitteangi keuntungan potensial ri pa'saing siagang bahan elektroda positif baterai lithium-ion nasaba' tinggina kepadatan energina (tegangan kerja kira-kira 5,1 V). Untu' ampa'gunang sukku'na LiNiPO4 ri daera tegangan tinggi, tegangan jamaang parallui nipa'nassa nasaba' elektrolit tegangan tinggi nibangunga kamma-kamma anne akkulleji a'jari stabil ri tegangan irawanganna 4,8 V. Zhang et al. ansalidiki dopingna sikontu logam transisi 3d, 4d, siagang 5d ri situs Ni LiNiPO4, ammilei pola doping siagang kinerja elektrokimia yang sanna baji'na, siagang na atoroki tegangan jamaang LiNiPO4 mingka na paentengi stabilitas relatif kinerja elektrokimia. Tegangan kerja kaminang rannu na gappa iamintu 4,21, 3,76, siagang 3,5037 untuk Ti, Nb, siagang Ta-doped LiNiPO4, massing-massing.
Jari, tujuanna anne pa'pilajaranga iamintu untu' ansalidiki secara teoritis wassele'na gliserol salaku plastifikator ri sipa' elektronik, deskriptor QSAR siagang sipa' termal sistem PVA/NaAlg ammake pa'rekengang mekanika kuantum untu' aplikasina ri baterai ion-ion akkullea niisi ulang. Interaksi molekuler antara modele PVA/NaAlg siagang gliserol ni analisisi ammake teori atom kuantum molekul Bader (QTAIM).
Model molekul a'wakili interaksi PVA siagang NaAlg nampa siagang gliserol ni optimalkan ammake DFT. Modele ni hitung ammake perangkat lunak Gaussian 0938 ri Departemen Spektroskopi, Pusat Penelitian Nasional, Kairo, Mesir. Modele ni optimalkan ammake DFT ri B3LYP/6-311G(d, p) level39,40,41,42. Untu' ampa'nassai interaksi ri alla'na modele' nipelajaria, studi frekuensi nigaukanga ri tingka' teori yang sama ampa'piitteangi stabilitas geometri yang dioptimalkan. Tena frekuensi negatif ri tangnga-tangngana sikontu frekuensi ni evaluasi ampa'nyatai struktur ni simpulkan ri minima positif sitojennaya ri tompo' energi potensial. Parameter fisik sangkamma TDM, energi celah pita HOMO/LUMO siagang MESP nirekengi ri tingka teori mekanika kuantum yang sama. Nampa pole, siapa are parameter termal sangkamma panas akhir pembentukan, energi bebas, entropi, entalpi siagang kapasitas panas nirekengi ammake rumus-rumus niaka ri Tabel 1. Model-model nipelajaria nipantama ri analisis teori kuantum atom ri molekul (QTAIM) untu' angngassengi interaksi-interaksi kajariang ri tompo'na struktur nipelajaria. Anne pa'rekenganga nigaukangi ammake parenta “output=wfn” ri kode perangkat lunak Gaussian 09 nampa ni visualisasikanngi ammake kode perangkat lunak Avogadro43.
E iami antu energi internal, P iami antu tekanan, V iami antu volume, Q iami antu pertukaran panas antara sistem siagang lingkunganna, T iami antu suhu, ΔH iami antu entalpi nipinra, ΔG iami antu energi bebas, ΔS iami antu entropi, a siagang b iami antu parameter getaran, q iami antu muatan atom, siagang C iami antu elektronitas atom,454. kalabbusanna, struktur yang sama ni optimalkan siagang parameter QSAR ni hitung ri tingka PM6 ammake kode perangkat lunak SCIGRESS46 ri Departemen Spektroskopi Pusat Penelitian Nasional ri Kairo, Mesir.
Ri jama-jamang rioloa47, ni evaluasi modele kaminang mungkin anjari gambarang interaksi tallu unit PVA siagang rua unit NaAlg, siagang gliserol a'jari plastifikator. Sangkamma lebaka nipau riolo, rie' rua kasampatang untu' interaksi PVA siagang NaAlg. Anjo ruaya modele, niarenga 3PVA-2Na Alg (berdasarkan nomoro karbon 10) siagang Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, nia nilai celah energi kaminang ca'di48 punna nipasibandingi siagang struktur maraeng ni timbang. Jari, wassele'na pa'tambaang Gly ri modele' polimer campurang PVA/Na Alg yang paling mungkin nisalidiki ammake rua struktur ribokoangna: 3PVA-(C10)2Na Alg (nikana 3PVA-2Na Alg untuk kesederhanaan) siagang Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Situru literatur, PVA, NaAlg siagang gliserol akkulleji a'bentu' ikatan hidrogen lammai ri alla'na kelompok fungsional hidroksil. Nasaba trimer PVA siagang NaAlg siagang dimer gliserol nia siapa are kelompok OH, kontakna akkullei nigaukang lalang sala se're kelompok OH. Gambar 1 ampa'piitteangi interaksi antara modele' molekul gliserol siagang modele' molekul 3PVA-2Na Alg, siagang gambara' 2 ampa'piitteangi modele' nibangung interaksi antara modele' molekul Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg siagang konsentrasi gliserol yang berbeda.
Struktur yang dioptimalkan: (a) Gly dan 3PVA − 2Na Alg berinteraksi dengan (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, dan (f) 5 Gly.
Struktur yang dioptimalkan dari Term 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg berinteraksi dengan (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, dan (f) 6 Gly.
Energi celah pita elektron iami antu parameter penting untuk ni pertimbangkan ri wattu nipelajari reaktivitas bahan elektroda apa-apa mamo. Nasaba iami antu ampakasingaraki panggaukanna elektron punna anjo bahanya nipantama ri pammopporang pantarang. Jari, parallui ni perkirakan energi celah pita elektron HOMO/LUMO untuk sikontu struktur nipelajari. Tabel 2 ampa'piitteangi pa'pinraang energi HOMO/LUMO 3PVA-(C10)2Na Alg siagang Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg lanri nitambaina gliserol. Situru ref47, nilai Eg 3PVA-(C10)2Na Alg iamintu 0,2908 eV, sementara nilai Eg struktur a'pa'piitteang probabilitas interaksi maka rua (iamintu, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) iamintu 0,5706 eV.
Mingka, ni gappai angkua pa'tambaiang gliserol a'jari sike'de' pa'pinraang ri nilai Eg 3PVA-(C10)2Na Alg. Ri wattu 3PVA-(C10)2NaAlg a'samaturu' siagang 1, 2, 3, 4 siagang 5 unit gliserol, nilai Eg-na a'jari 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 siagang 0,281 eV, massing-massing. Mingka, rie' pa'pahang berharga angkua ribokoangna nitambai 3 unit gliserol, nilai Eg a'jari labbi ca'di na 3PVA-(C10)2Na Alg. Model yang mewakili interaksi 3PVA-(C10)2Na Alg dengan lima unit gliserol adalah model interaksi yang paling mungkin. anne battuanna punna pilak jai unit gliserol, probabilitas interaksi pilak tongi.
Na, untuk probabilitas interaksi kedua, energi HOMO/LUMO molekul model yang mewakili Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 31 Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly siagang Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly a'jari 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.604, 0.044, 0.046, 0.046, 6.04. massing-massing. Tabel 2 ampa'piitteangi energi celah pita HOMO/LUMO nirekeng untuk sikontu struktur. Nampa pole, anjo panggaukang sangkamma probabilitas interaksi kelompo' maka se'rea ni ulangi anrinni.
Teori pita ri fisika keadaan padat napaui angkanaya punna celah pita bahan elektroda ancuru, konduktivitas elektronik bahanya pilak. Doping iami antu cara biasa untu' ampa'kurangi celah pita bahan katoda ion-natrium. Jiang et al. napakei doping Cu untuk ampa bajiki konduktivitas elektronik bahan berlapis β-NaMnO2. Ammake perhitungan DFT, nabuntulu angkua doping na kurangi band gap bahan battu ri 0,7 eV mange ri 0,3 eV. anne a'nassai angkua doping cu na pa'pilajari konduktivitas elektronikna bahan β-NaMnO2.
MESP ni definisikan sebagai energi interaksi antara distribusi muatan molekuler siagang muatan positif tunggal. MESP ni anggappai sala se're alat yang efektif untuk ampahangi siagang ampakasingaraki sipa' kimia siagang reaktivitas. MESP akkullei nipake untu' ampahangi mekanisme interaksi antara bahan polimer. MESP ancaritai distribusi muatan ri laleng senyawa nipelajari. Nampa pole, MESP assarei informasi ri sesena situs aktif ri bahan-bahan nipelajari32. Gambar 3 ampa'piitteang plot MESP 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) Na Alg −4Gly, siagang Algly 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly ni prediksi ri B3LYP/6-311G(d, p) tingka teori.
Kontur MESP nirekeng siagang B3LYP/6-311 g(d, p) untuk (a) Gly siagang 3PVA − 2Na Alg berinteraksi siagang (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, siagang (f) 5 Gly.
Na, gambara 4 ampa'piitteangi wassele' nirekeng MESP untuk Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Gly, Term 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly siagang Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly, massing-massing. MESP nirekeng niwakiliki salaku panggaukang kontur. Garis kontur niwakiliki siagang warna maraeng. massing-massing warna a'wakilkan nilai elektronegativitas yang berbeda. Warna eja a'pa'piitteang situs elektronegatif tinggi iareka reaktif. Na, warna kuning a'wakilkan situs netral 49, 50, 51 ri laleng struktur. Hasil MESP ampa'piitteangi angkua reaktivitas 3PVA-(C10)2Na Alg natambai siagang natambai warna eja ri tammulilina modele nipelajari. Na, intensitas warna mera ri peta MESP molekul model Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg ancuru lanri interaksi siagang kandungan gliserol yang berbeda. Pa'pinraang ri distribusi warna mera ri tammulilina struktur ni usulkan a'pa'piitteang reaktivitas, sementara pa'naikanna intensitas napa'nassai pa'naikanna elektronegativitas molekul model 3PVA-(C10)2Na Alg nasaba' pa'naikanna kandungan gliserol.
B3LYP/6-311 g(d, p) ni hitung MESP Term of 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg berinteraksi dengan (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, dan (f) 6 Gly.
Sikontu struktur ni usulkan nia parameter termalna sangkamma entalpi, entropi, kapasitas panas, energi bebas siagang panas pembentukan ni hitung ri suhu yang berbeda ri kisaran 200 K sanggenna 500 K. Untu ampakasingaraki panggaukanna sistem fisik, pantaranganna amparessai panggaukanna elektronikna, parallu tongi nipelajari panggaukanna termalna salaku fungsi suhu, massing-massing akkullei a'jari nirekengi ammake persamaan niaka ri tabel 1. Pangngajarang parameter termal anne ni anggappai indikator penting ri sesena responsif siagang stabilitas sistem fisik kamma anjo ri suhu yang berbeda.
Ri sesena entalpi trimer PVA, uru-uruna a'reaksi siagang dimer NaAlg, nampa allalo ri gugus OH a'reppese' ri atom karbon #10, siagang kala'busanna siagang gliserol. Entalpi iami antu ukkurang energi ri laleng sistem termodinamika. Entalpi sangkammai siagang total panas ri se'rea sistem, ia sangkammai siagang energi internal sistem nitambai wassele'na volume siagang tekananna. Ri bicara maraeng, entalpi ampa'piitteangi antekamma jaina pa'risi siagang jama-jamang nitambai iareka nipasulu battu ri se'rea zat52.
Gambar 5 ampa'piitteangi pa'pinraang entalpi ri wattu reaksi 3PVA-(C10)2Na Alg siagang konsentrasi gliserol maraeng. Singkatan A0, A1, A2, A3, A4, siagang A5 a'wakil modele molekul 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na −Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, siagang 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, massing-massing. Gambar 5a ampa'piitteangi angkua entalpi nai' punna nai' suhu siagang kanre gliserol. Entalpi struktur yang mewakili 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (iamintu, A5) pada 200 K adalah 27,966 cal/mol, sementara entalpi struktur yang mewakili 3PVA- 2NaAlg pada 200 K adalah 13,490 cal/mol. kalabbusanna, nasaba entalpi positif, anne reaksi endotermik.
Entropi ni definisikan sebagai ukkurang energi yang tidak tersedia dalam sistem termodinamik tertutup dan sering dianggap sebagai ukkurang gangguan sistem. Gambar 5b ampa'piitteangi pa'pinraang entropi 3PVA-(C10)2NaAlg siagang suhu siagang antekamma batena a'samaturu' siagang unit gliserol maraeng. Grafik ampa'piitteangi angkua entropi a'pinra linier punna suhu nai' battu ri 200 K mange ri 500 K. Gambar 5b ampa'piitteangi angkua entropi modele 3PVA-(C10)2Na Alg cenderung 200 cal/K/mol ri 200 K nasaba' modele 3PVA-(C10)2Na Alg ampa'piitteang disorder kurang. Ri wattu nai'na suhu, modele 3PVA-(C10)2Na Alg a'jari anre' na'kulle siagang ampakasingaraki nai'na entropi punna nai'na suhu. Nampa pole, sanna' singara'na angkua struktur 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly nia' nilai entropi kaminang tinggi.
Panggaukang sangkamma ni cini' ri gambara 5c, nu ampa'piitteangi pa'pinraang kapasitas panas siagang suhu. Kapasitas panas iami antu jaina panas niparalluangi untu' a'pinra suhu se'rea zat 1 °C47. Gambar 5c ampa'piitteangi pa'pinraang kapasitas panas modele molekul 3PVA-(C10)2NaAlg nasaba' interaksi siagang 1, 2, 3, 4, siagang 5 unit gliserol. Gambara ampa'piitteangi angkua kapasitas panas modele 3PVA-(C10)2NaAlg nai' linear siagang suhu. Peningkatan kapasitas panas yang diamati dengan peningkatan suhu dikaitkan dengan getaran termal phonon. Nampa pole, rie' butti angkua natambai kandungan gliserol na pa'naikangi kapasitas panas modele 3PVA-(C10)2NaAlg. Nampa pole, anjo struktura ampa'piitteangi angkua 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly nia' nilai kapasitas panas kaminang tinggi punna nipasibandingangi siagang struktur maraenga.
Parameter maraeng sangkamma energi bebas siagang panas paccappureng pabentukang nirekengi untuk struktur nipelajari siagang ni pa'piitteang ri gambara 5d siagang e, massing-massing. Panas paccappureng pabentukang iami antu panas ni pasulu iareka ni serap ri wattu pabentukang zat murni battu ri elemen konstituenna ilalang tekanang konstan. Energi bebas akkullei ni definisikan salaku sipa' sangkamma energi, iamintu, nilaina ta'ganttung ri jaina zat ri massing-massing keadaang termodinamika. Energi bebas siagang panas pembentukan 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly iami antu kaminang rannu siagang -1318.338 siagang -1628.154 kcal/mol, massing-massing. Sikontutojenna, struktur a'wakili 3PVA-(C10)2NaAlg nia' energi bebas kaminang tinggi siagang nilai panas pembentukan -690.340 siagang -830.673 kcal/mol, massing-massing, punna nipasibandingi siagang struktur maraengannaya. Sangkamma ni cini'a ri gambara 5, a'rupa-rupaya sipa' termal nipinra lanri interaksi siagang gliserol. Energi bebas Gibbs negatif, a'nassai angkua struktur ni usulkan stabil.
PM6 na hitung parameter termal murni 3PVA- (C10) 2Na Alg (model A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (model A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (model A2), 3PVA- (C10) 2 Gly Gly (model A2), 3PVA- (C10) −Gly A3-Gly (model A133), (C10) 2Na Alg − 4 Gly (model A4), siagang 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (model A5), na (a) iami antu entalpi, (b) entropi, (c) kapasitas panas, (d) energi bebas, siagang (e) panas pembentukan.
Ri sese maraeng, mode interaksi maka rua ri tangnga-tangngana trimer PVA siagang NaAlg dimer kajariang ri kelompok OH terminal siagang tangnga ri struktur trimer PVA. Sangkamma ri kelompo maka se're, parameter termal nirekengi ammake tingka' teori yang sama. Gambar 6a-e ampa'piitteangi variasi entalpi, entropi, kapasitas panas, energi bebas siagang, kala'busanna, panas pembentukan. Gambar 6a-c ampa'piitteangi angkua entalpi, entropi siagang kapasitas panas Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg ampa'piitteangi panggaukang sangkamma kelompok maka se'rea punna a'samaturu' siagang 1, 2, 3, 4, 5 siagang 6 unit gliserol. Nampa pole, nilaina ke'nanga pila' katambangi punna pila' katambangi suhu. Nampa pole, ri modele Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ni usulkan, nilai entalpi, entropi siagang kapasitas panas natambai siagang natambai kandungan gliserol. Singkatan B0, B1, B2, B3, B4, B5 siagang B6 massing-massing a'wakilkanngi struktur kamma anne: Istilah 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Istilah 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Istilah 1 Na Alg- 3PVA- Mid Alg- Na Alg- 1 − Alg- 2 Term 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly siagang Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Sangkamma ni cini' ri gambara 6a-c, sanna' singara'na angkua nilai entalpi, entropi siagang kapasitas panas natambai punna jaina unit gliserol natambai battu ri 1 mange ri 6.
PM6 na hitung parameter termal murni Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (model B0), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (model B1), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (model B2 Alg-Mid-13), Term 1 Na Alg – 3 Gly (model B3), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (model B4), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (model B5), siagang Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (model B5), termasuk enpy enpy (b) entropi, (c) kapasitas panas, (d) energi bebas, siagang (e) panas pembentukan.
Nampa pole, struktur yang mewakili Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly memiliki nilai entalpi, entropi dan kapasitas panas tertinggi dibandingkan dengan struktur lainnya. Ri tangnga-tangngana ke'nanga, nilaina nai' battu ri 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K siagang 131.323 kcal/mol ri Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg mange ri 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/mol/kl siagang 257.323 kcal/mol. ri Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, massing-massing.
Mingka, gambara 6d siagang e ampa'piitteangi ketergantungan suhu energi bebas siagang panas pembentukan akhir (HF). HF akkullei ni definisikan sebagai perubahan entalpi yang terjadi ketika satu mol zat terbentuk dari unsur-unsurnya dalam kondisi alami dan standar. Anne nicini battu ri gambara angkua energi bebas siagang panas paccappureng pabentukang battu ri sikontu struktur nipelajari ampa'piitteang ketergantungan linier ri suhu, iamintu, ke'nanga secara bertahap siagang linier nai' punna nai' suhu. Nampa pole, anjo gambaraka napa'butti tongi angkanaya struktur a'wakili Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly nia' energi bebas kaminang rannu siagang HF kaminang rannu. ruaya parameter naung battu ri -758.337 mange ri -899.741 K cal/mol ri istilah 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly mange ri -1.476.591 siagang -1.828.523 K cal/mol. Anne sanna' singara'na battu ri wassele'na angkua HF ancuru'i punna pila' katambangi unit gliserol. anne battuanna nasaba nai'na kelompok fungsional, reaktivitasna to'ji nai' na jari kurangi energi niparalluangi untu' anggaukangi reaksi. anne napa'nassai angkua PVA/NaAlg ni plastikkan akkullei nipake ri bate-bate nasaba tinggina reaktivitasna.
Secara umum, efek suhu ni bage rua: efek suhu-rendah siagang efek suhu-tinggi. Pangngaru suhu rannu sanna ni rasai ri pa'rasangang niaka ri garisi lintang tinggi, pa'pada Greenland, Kanada, siagang Rusia. Ri wattu dinging, suhu udara pantarang ri tampa'-tampa' kammaya anne sanna' irawanganna nol derajat celcius. Umur siagang kinerja baterai lithium-ion akkullei ni pengaruhi ri suhu rannu, terutama ia ni pake ri kendaraang listrik hibrida plug-in, kendaraang listrik murni, siagang kendaraang listrik hibrida. Pa'lampaang luar angkasa iami antu lingkungang dinging maraeng naparalluang bate lithium-ion. Pa'pada, suhu ri mars akkullei naung mange ri -120 derajat celcius, iami antu a'jari halangan signifikan ri pa'pakeang bate lithium-ion ri kappala luar angkasa. Suhu operasi rannu akkullei ajari panra'na laju transfer muatan siagang aktivitas reaksi kimia baterai litium-ion, na anjari panra'na laju difusi ion litium ri laleng elektroda siagang konduktivitas ionik ri elektrolit. Degradasi anne a'jari saba' na kurangi kapasitas siagang tenaga energi, siagang rie' to'ji wattu na kurangi kinerja53.
Efek suhu tinggi kajariang ri lingkungang aplikasi yang lebih luas, termasuk lingkungan suhu tinggi dan suhu rendah, sementara efek suhu rendah terutama terbatas pada lingkungan aplikasi suhu rendah. Efek suhu rendah terutama ditentukan oleh suhu sekitar, sementara efek suhu tinggi biasanya lebih akurat dikaitkan dengan suhu tinggi dalam baterai lithium-ion selama operasi.
Baterai lithium-ion appabattui panas ilalang kondisi arus tinggi (termasuk pengisian cepat siagang debit cepat), na anjari suhu internal nai. Paparan ri suhu tinggi akkulle tongi ajari degradasi kinerja baterai, termasuk tappela kapasitas siagang tenaga. Biasana, tappela litium siagang ammotere bahan aktif ri suhu tinggi na pa'jari tappela kapasitas, siagang tappela daya nasaba' nai'na resistensi internal. Punna suhu anre' na ni kendalikan, thermal runaway kajariang, yang ri se'reang kasus akkullei a'jari pembakaran spontan iareka ledakan.
Pa'rekengang QSAR iami antu metode komputasi atau pemodelan matematika ni pake untu' angngassengi hubunganna aktivitas biologis siagang sipa' struktural senyawa. Sikontu molekul ni rancang ni optimalkan siagang siapa are sipa QSAR ni hitung ri tingka PM6. Tabel 3 anjari daftar siapa are deskriptor QSAR ni hitung. Conto deskriptor kammayami anjo iamintu muatang, TDM, energi total (E), potensial ionisasi (IP), Log P, siagang polarisasi (ciniki Tabel 1 untuk rumus untu' ampattantui IP siagang Log P).
Hasil perhitungan ampa'piitteangi angkua muatan total battu ri sikontu struktur nipelajaria iamintu nol nasaba' niaki ri keadaang dasar. Untuk probabilitas interaksi maka se're, TDM gliserol iamintu 2,788 Debye siagang 6,840 Debye untuk 3PVA-(C10) 2Na Alg, sementara nilai TDM nai' mange ri 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,658 Debye siagang Debye ri wattu Debye siagang Debye 27,977. 3PVA-(C10) 2Na Alg assileo siagang 1, 2, 3, 4 siagang 5 unit gliserol, massing-massing. Labbi tinggi nilai TDM, labbi tinggi reaktivitasna siagang lingkungang.
Energi total (E) nirekeng tongi, siagang nilai E gliserol siagang 3PVA-(C10)2 NaAlg ni gappai -141.833 eV siagang -200092.503 eV, massing-massing. Na, struktur yang mewakili 3PVA-(C10)2 NaAlg berinteraksi dengan 1, 2, 3, 4 dan 5 unit gliserol; E ajari -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 siagang -1548.031 eV, massing-massing. Natambai kandungan gliserol na anjari panra'na energi sukku'na na na pa'naikangi reaktivitasna. Situru pa'bilangan energi total, ni simpulang angkua molekul modele, iamintu 3PVA-2Na Alg-5 Gly, labbi reaktif na molekul modele maraengannaya. Anne fenomena nia passisambunganna siagang strukturna. 3PVA-(C10)2NaAlg nia ruaji bawang kelompok -COONa, nampa struktur maraenga nia rua kelompok -COONa mingka angngerang siapa are kelompok OH, battuangna reaktivitasna mange ri lingkungang natambai.
Nampa pole, energi ionisasi (IE) battu ri sikontu struktura niparessai ri anne pa'pilajaranga. Energi ionisasi iami antu parameter penting untuk angngukuri reaktivitas modele nipelajari. Energi niparalluanga untu' a'lette' elektron battu ri se'reang titik molekul mange ri tampa' tenaya pa'baeng-baenna nikana energi ionisasi. iami antu a'wakilkan tingka' ionisasi (iamintu reaktivitas) molekul. Labbi tinggi energi ionisasi, labbi rannu reaktivitasna. Hasil IE 3PVA-(C10)2NaAlg berinteraksi dengan 1, 2, 3, 4 dan 5 unit gliserol adalah -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 dan -9,323 eV, masing-masing, sementara IE gliserol dan 3PVA-(C10)2NaAlg adalah -5.393(C10)Alg siagang -9.341 eV, massing-massing. Nasaba' pa'tambaiang gliserol a'jari panra'na nilai IP, reaktivitas molekuler a'lappi, na'kulle a'pa'nassa molekul model PVA/NaAlg/gliserol ri perangkat elektrokimia.
Deskriptor maka lima ri tabel 3 iami antu log P, iami antu logaritma koefisien partisi siagang nipake untu ampakasingaraki punna struktur nipelajari iami antu hidrofilik iareka hidrofobik. Nilai Log P negatif a'nassai molekul hidrofilik, battuangna akkullei larut ri je'ne' siagang larut kodi ri pelarut organik. Nilai positif a'pa'piitteang proses yang berlawanan.
Situru hasil ni gappa, akkullei ni simpulang angkua sikontu struktura iami antu hidrofilik, nasaba nilai Log P na (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly(C10)(C10)(C1)) 4Gly siagang 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) iami antu -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 siagang -8.504, massing-massing, sementara nilai Log P gliserol iami antu -1.081 siagang 3PVA-(C10)2Na Alg −10. anne battuanna sipa'na struktur nipelajaria la'pinra punna molekul je'ne' nipantamaki ri strukturna.
Paccappurenna, polarisasi sikontu struktura nirekeng tongi ri tingka PM6 ammake metode semi-empiris. Riolo nia'mo niisse' angkua polarisasi lohe bahan-bahanna ta'ganttung ri a'rupa-rupaya faktor. Faktor yang paling penting iami antu volume struktur yang nipelajari. Untuk sikontu struktur yang melibatkan jenis interaksi pertama antara 3PVA dan 2NaAlg (interaksi terjadi melalui atom karbon nomor 10), polarisasi meningkatkan dengan penambahan gliserol. Polarisasi nai' battu ri 29.690 Å mange ri 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 siagang 54.638 Å nasaba' interaksi siagang 1, 2, 3, 4 siagang 5 unit gliserol. Jari, ni gappai angkanaya molekul modele siagang polarisasi kaminang tinggi iamintu 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, nampa molekul modele siagang polarisasi kaminang rannu iamintu 3PVA-(C10)2NaAlg, iamintu 29,690 Å.
Evaluasi deskriptor QSAR napa'butti angkua struktur a'wakili 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly iami antu kaminang reaktif untuk interaksi uru-uru ni usulkan.
Untuk mode interaksi kedua antara trimer PVA dan dimer NaAlg, hasilnya menunjukkan bahwa muatan mereka seperti yang diusulkan pada bagian sebelumnya untuk interaksi pertama. Sikontu struktura nia muatan elektronikna nol, battuangna yangasenna niaki ri keadaang butta.
Sangkamma ni cini' ri tabel 4, nilai TDM (ni hitung ri tingka PM6) Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg nai' battu ri 11,581 Debye mange ri 15,756, 19,720, 21,756, 22,732, 15,507, 15,757, siagang Term − Na Alg, siagang Alg 15,156, siagang Alg. 3PVA-Mid 1 Na Alg a'reaksi siagang 1, 2, 3, 4, 5, siagang 6 unit gliserol. Mingka, energi sukku'na ancuru'i punna pila' katambangi jaina unit gliserol, siagang punna Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg a'samaturu' siagang nomoro' unit gliserol (1 sa'genna 6), energi sukku'na iamintu − 996.985, − 1129.013, − 1267, − 1127, − 127. 1418.964, siagang − 1637.432 eV, massing-massing.
Untuk probabilitas interaksi kedua, IP, Log P siagang polarisasi nirekeng tongi ri tingka teori PM6. Jari, ke'nanga na anggappai tallu deskriptor kaminang gassinga ri sesena reaktivitas molekuler. Untuk struktur yang mewakili End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg berinteraksi dengan 1, 2, 3, 4, 5 dan 6 unit gliserol, IP meningkat dari −9,385 eV menjadi −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,99 dan −7,07 V. Mingka, nilai Log P nirekeng labbi rannu lanri plastifikasi End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg siagang gliserol. Ri wattu kandungan gliserol nai' battu ri 1 mange ri 6, nilaina a'jari -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 siagang -10,53 teai -3,643. kalabbusanna, data polarisasi ampa'piitteangi angkua natambai kandungan gliserol na wassele'na natambai polarisasi Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg. Polarisasi molekul model Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg nai' battu ri 31,703 Å mange ri 63,198 Å ribokoangna interaksi siagang 6 unit gliserol. Anne parallui ni issengi angkua natambai nomoro unit gliserol ri probabilitas interaksi maka ruaya nigaukangi untu' ampa'nassai angkua manna pole na jai atom siagang struktur kompleks, kinerjana tuli ni pa'pilajari siagang natambai kandungan gliserol. Jari, akkullei nikana modele PVA/Na Alg/gliserin niaka akkullei sipa’gang a’jari pannangkasi bate lithium-ion, mingka parallui pila’ jai penelitiang siagang pengembangan.
Karakteristik kapasitas pengikatan se'rea permukaang mange ri adsorbat siagang evaluasi interaksi unik ri alla'na sistem parallui pangngassengang ri sesena jenis ikatan niaka ri alla'na ruaya atom, kompleksitas interaksi antarmolekul siagang intramolekul, siagang distribusi kepadatan elektron ri tompo'na siagang adsorben. Kepadatan elektron ri titik kritis ikatan (BCP) ri alla atom berinteraksi iami antu kritis untuk ansalidiki kekuatan ikatan ri analisis QTAIM. Labbi tinggi kepadatan muatan elektron, labbi stabil interaksi kovalen siagang, secara umum, labbi tinggi kepadatan elektron ri titik-titik kritis. Nampa pole, punna ruaya kepadatan energi elektron total (H(r)) siagang kepadatan muatan Laplace (∇2ρ(r)) kurangi battu ri 0, anne a'nassai rie'na interaksi kovalen (umum). Ri sesena maraeng, punna ∇2ρ(r) siagang H(r) labbi lompo na 0,54, iami antu a'nassai rie'na interaksi non-kovalen (cangkang tertutup) sangkamma ikatan hidrogen lammai, gaya van der Waals siagang interaksi elektrostatik. Analisis QTAIM napa'piitteang sipa'na interaksi non-kovalen ri struktur nipelajari sangkamma ni pa'piitteang ri gambara 7 siagang 8. Situru' analisis, molekul modele' a'wakili 3PVA − 2Na Alg siagang Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg napa'piitteang stabilitas tinggiangngang na molekul a'interaksi sisalana siagang unit g. anne nasaba sejumlah interaksi non-kovalen yang lebih umum dalam struktur alginat seperti interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen memungkinkan alginat untuk menstabilkan komposit. Nampa pole, wassele'na ikatte ampa'piitteangi antekamma paralluna interaksi non-kovalen ri alla'na 3PVA − 2Na Alg siagang Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg molekul modele siagang glisin, ampa'piitteangi angkua glisin a'kulleang sanna' paralluna ri pa'pinraang lingkungang elektronik komposit.
Analisis QTAIM molekul model 3PVA − 2NaAlg berinteraksi dengan (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, dan (f) 5Gly.