nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS dəstəyi məhduddur. Ən yaxşı təcrübə üçün ən son brauzer versiyasından istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün bu saytda stillər və ya JavaScript olmayacaq.
Bol natrium ehtiyatına görə, natrium-ion batareyaları (NIB) elektrokimyəvi enerji saxlama üçün perspektivli alternativ həll yoludur. Hazırda NIB texnologiyasının inkişafında əsas maneə natrium ionlarını uzun müddət geri qaytara bilən/buraxa bilən elektrod materiallarının olmamasıdır. Buna görə də, bu tədqiqatın məqsədi NIB elektrod materialları kimi polivinil spirti (PVA) və natrium alginat (NaAlg) qarışıqlarına qliserin əlavə edilməsinin təsirini nəzəri olaraq araşdırmaqdır. Bu tədqiqat PVA, natrium alginat və qliserin qarışıqlarına əsaslanan polimer elektrolitlərinin elektron, istilik və kəmiyyət struktur-aktivlik əlaqəsi (QSAR) təsvirlərinə yönəlmişdir. Bu xüsusiyyətlər yarı-empirik metodlar və sıxlıq funksional nəzəriyyəsi (DFT) istifadə edilərək araşdırılır. Struktur təhlil PVA/alginat və qliserin arasındakı qarşılıqlı təsirlərin təfərrüatlarını aşkar etdiyindən, zolaq boşluğu enerjisi (Eg) araşdırılmışdır. Nəticələr göstərir ki, qliserin əlavə edilməsi Eg dəyərinin 0,2814 eV-ə qədər azalmasına səbəb olur. Molekulyar elektrostatik potensial səthi (MESP) bütün elektrolit sistemində elektronla zəngin və elektronla zəif bölgələrin və molekulyar yüklərin paylanmasını göstərir. Tədqiq olunan istilik parametrlərinə entalpiya (H), entropiya (ΔS), istilik tutumu (Cp), Gibbs sərbəst enerjisi (G) və əmələgəlmə istiliyi daxildir. Bundan əlavə, bu tədqiqatda ümumi dipol momenti (TDM), ümumi enerji (E), ionlaşma potensialı (IP), Log P və polyarizasiya kimi bir neçə kəmiyyət struktur-aktivlik əlaqəsi (QSAR) təsviri araşdırılmışdır. Nəticələr göstərdi ki, H, ΔS, Cp, G və TDM temperatur və qliserin tərkibinin artması ilə artmışdır. Bu arada, əmələgəlmə istiliyi, IP və E azalmışdır ki, bu da reaktivliyi və polyarizasiyanı yaxşılaşdırmışdır. Bundan əlavə, qliserin əlavə etməklə element gərginliyi 2.488 V-a qədər artmışdır. İqtisadi cəhətdən səmərəli PVA/Na Alg qliserin əsaslı elektrolitlərə əsaslanan DFT və PM6 hesablamaları göstərir ki, onlar çoxfunksiyalılıqlarına görə litium-ion batareyalarını qismən əvəz edə bilərlər, lakin daha da təkmilləşdirmələrə və tədqiqatlara ehtiyac var.
Litium-ion batareyaları (LIB) geniş istifadə olunsa da, qısa dövrəli ömrü, yüksək qiyməti və təhlükəsizlik problemləri səbəbindən tətbiqi bir çox məhdudiyyətlərlə üzləşir. Natrium-ion batareyaları (SIB) geniş mövcudluğu, aşağı qiyməti və natrium elementinin toksik olmaması səbəbindən LIB-lərə alternativ ola bilər. Natrium-ion batareyaları (SIB) elektrokimyəvi cihazlar üçün getdikcə daha vacib enerji saxlama sisteminə çevrilir1. Natrium-ion batareyaları ion nəqlini asanlaşdırmaq və elektrik cərəyanı yaratmaq üçün elektrolitlərdən çox asılıdır2,3. Maye elektrolitlər əsasən metal duzlarından və üzvi həlledicilərdən ibarətdir. Praktik tətbiqlər, xüsusən də batareya istilik və ya elektrik gərginliyinə məruz qaldıqda, maye elektrolitlərin təhlükəsizliyinə diqqətlə yanaşmağı tələb edir4.
Natrium-ion batareyalarının (SIB) bol okean ehtiyatları, toksikliksizliyi və aşağı material xərcləri səbəbindən yaxın gələcəkdə litium-ion batareyalarını əvəz edəcəyi gözlənilir. Nanomaterialların sintezi məlumatların saxlanması, elektron və optik cihazların inkişafını sürətləndirib. Çoxlu sayda ədəbiyyat müxtəlif nanostrukturların (məsələn, metal oksidləri, qrafen, nanotublar və fullerenlər) natrium-ion batareyalarında tətbiqini nümayiş etdirib. Tədqiqatlar çox yönlülüyü və ətraf mühitə uyğunluğu səbəbindən natrium-ion batareyaları üçün polimerlər də daxil olmaqla anod materiallarının hazırlanmasına yönəlib. Doldurulan polimer batareyalar sahəsində tədqiqat marağı şübhəsiz ki, artacaq. Unikal strukturlara və xüsusiyyətlərə malik yeni polimer elektrod materialları ekoloji cəhətdən təmiz enerji saxlama texnologiyaları üçün yol aça bilər. Natrium-ion batareyalarında istifadə üçün müxtəlif polimer elektrod materialları araşdırılsa da, bu sahə hələ də inkişafının ilkin mərhələsindədir. Natrium-ion batareyaları üçün fərqli struktur konfiqurasiyalarına malik daha çox polimer material araşdırılmalıdır. Polimer elektrod materiallarında natrium ionlarının saxlanma mexanizmi haqqında mövcud biliklərimizə əsaslanaraq, konjuge sistemdəki karbonil qruplarının, sərbəst radikalların və heteroatomların natrium ionları ilə qarşılıqlı təsir üçün aktiv mərkəzlər kimi xidmət edə biləcəyi fərziyyəsi irəli sürülə bilər. Buna görə də, bu aktiv mərkəzlərin yüksək sıxlığına malik yeni polimerlər hazırlamaq vacibdir. Gel polimer elektroliti (GPE) batareyanın etibarlılığını, ion keçiriciliyini, sızmanın olmamasını, yüksək elastikliyi və yaxşı performansı artıran alternativ bir texnologiyadır12.
Polimer matrislərinə PVA və polietilen oksid (PEO)13 kimi materiallar daxildir. Gel keçirici polimer (GPE) polimer matrisindəki maye elektroliti immobilizasiya edir ki, bu da kommersiya ayırıcıları ilə müqayisədə sızma riskini azaldır14. PVA sintetik bioloji parçalanan polimerdir. Yüksək keçiriciliyə malikdir, ucuz və toksik deyil. Material təbəqə əmələ gətirmə xüsusiyyətləri, kimyəvi stabilliyi və yapışması ilə tanınır. Həmçinin funksional (OH) qruplarına və yüksək çarpaz əlaqə potensial sıxlığına malikdir15,16,17. Polimer qarışdırma, plastifikator əlavə etmə, kompozit əlavə etmə və yerində polimerləşmə üsulları PVA əsaslı polimer elektrolitlərinin keçiriciliyini artırmaq, matris kristallığını azaltmaq və zəncir elastikliyini artırmaq üçün istifadə edilmişdir18,19,20.
Qarışdırma sənaye tətbiqləri üçün polimer materialların hazırlanmasında vacib bir üsuldur. Polimer qarışıqları tez-tez aşağıdakı məqsədlər üçün istifadə olunur: (1) sənaye tətbiqlərində təbii polimerlərin emal xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq; (2) bioloji parçalanan materialların kimyəvi, fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq; və (3) qida qablaşdırma sənayesində yeni materiallara olan sürətlə dəyişən tələbata uyğunlaşmaq. Kopolimerləşmədən fərqli olaraq, polimer qarışdırma istənilən xüsusiyyətlərə nail olmaq üçün mürəkkəb kimyəvi proseslər əvəzinə sadə fiziki proseslərdən istifadə edən ucuz bir prosesdir21. Homopolimerlər əmələ gətirmək üçün müxtəlif polimerlər dipol-dipol qüvvələri, hidrogen rabitələri və ya yük ötürmə kompleksləri vasitəsilə qarşılıqlı təsir göstərə bilər22,23. Təbii və sintetik polimerlərdən hazırlanan qarışıqlar yaxşı biouyğunluğu əla mexaniki xüsusiyyətlərlə birləşdirə bilər və aşağı istehsal xərci ilə üstün bir material yarada bilər24,25. Buna görə də, sintetik və təbii polimerləri qarışdırmaqla bioəhəmiyyətli polimer materialları yaratmağa böyük maraq var. PVA natrium alginat (NaAlg), sellüloza, xitozan və nişasta26 ilə birləşdirilə bilər.
Natrium alginat dəniz qəhvəyi yosunlarından çıxarılan təbii polimer və anion polisaxariddir. Natrium alginat homopolimer formalara (poli-M və poli-G) və heteropolimer bloklara (MG və ya GM) bölünmüş β-(1-4) ilə əlaqəli D-mannuron turşusundan (M) və α-(1-4) ilə əlaqəli L-guluron turşusundan (G) ibarətdir27. M və G bloklarının tərkibi və nisbi nisbəti alginat28,29-un kimyəvi və fiziki xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Natrium alginat bioloji parçalanma qabiliyyəti, biouyğunluğu, aşağı qiyməti, yaxşı film əmələ gətirmə xüsusiyyətləri və toksiklik olmaması səbəbindən geniş istifadə olunur və öyrənilir. Lakin, alginat zəncirində çox sayda sərbəst hidroksil (OH) və karboksilat (COO) qrupları alginatı yüksək dərəcədə hidrofil edir. Lakin, alginat kövrəkliyi və sərtliyi səbəbindən zəif mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Buna görə də, alginat suya həssaslığı və mexaniki xüsusiyyətləri yaxşılaşdırmaq üçün digər sintetik materiallarla birləşdirilə bilər30,31.
Yeni elektrod materialları dizayn etməzdən əvvəl, yeni materialların istehsal imkanlarını qiymətləndirmək üçün tez-tez DFT hesablamalarından istifadə olunur. Bundan əlavə, alimlər eksperimental nəticələri təsdiqləmək və proqnozlaşdırmaq, vaxta qənaət etmək, kimyəvi tullantıları azaltmaq və qarşılıqlı təsir davranışını proqnozlaşdırmaq üçün molekulyar modelləşdirmədən istifadə edirlər32. Molekulyar modelləşdirmə materialşünaslıq, nanomateriallar, hesablama kimyası və dərman kəşfi də daxil olmaqla bir çox sahədə güclü və vacib bir elm sahəsinə çevrilmişdir33,34. Modelləşdirmə proqramlarından istifadə edərək, alimlər enerji (əmələgəlmə istiliyi, ionlaşma potensialı, aktivləşmə enerjisi və s.) və həndəsə (rabitə bucaqları, rabitə uzunluqları və burulma bucaqları)35 daxil olmaqla birbaşa molekulyar məlumatlar əldə edə bilərlər. Bundan əlavə, elektron xüsusiyyətlər (yük, HOMO və LUMO zolaq boşluğu enerjisi, elektron yaxınlığı), spektral xüsusiyyətlər (FTIR spektrləri kimi xarakterik vibrasiya rejimləri və intensivlikləri) və həcm xüsusiyyətləri (həcm, diffuziya, özlülük, modul və s.)36 hesablana bilər.
LiNiPO4, yüksək enerji sıxlığına (təxminən 5,1 V iş gərginliyi) görə litium-ion batareyalı müsbət elektrod materialları ilə rəqabət aparmaqda potensial üstünlüklər göstərir. Yüksək gərginlikli bölgədə LiNiPO4-ün üstünlüyündən tam istifadə etmək üçün iş gərginliyini azaltmaq lazımdır, çünki hazırda hazırlanmış yüksək gərginlikli elektrolit yalnız 4,8 V-dan aşağı gərginliklərdə nisbətən sabit qala bilər. Zhang və digərləri LiNiPO4-ün Ni sahəsindəki bütün 3d, 4d və 5d keçid metallarının aşqarlanmasını araşdırdılar, əla elektrokimyəvi göstəricilərə malik aşqarlama nümunələrini seçdilər və elektrokimyəvi göstəricilərinin nisbi sabitliyini qoruyarkən LiNiPO4-ün iş gərginliyini tənzimlədilər. Əldə etdikləri ən aşağı iş gərginlikləri Ti, Nb və Ta ilə aşqarlanmış LiNiPO4 üçün müvafiq olaraq 4,21, 3,76 və 3,5037 idi.
Buna görə də, bu tədqiqatın məqsədi, doldurulan ion-ion batareyalarında tətbiqi üçün kvant mexaniki hesablamalardan istifadə edərək, qliserolun plastikləşdirici kimi PVA/NaAlg sisteminin elektron xüsusiyyətlərinə, QSAR təsvirçilərinə və istilik xüsusiyyətlərinə təsirini nəzəri olaraq araşdırmaqdır. PVA/NaAlg modeli ilə qliserol arasındakı molekulyar qarşılıqlı təsirlər Bader molekullarının kvant atom nəzəriyyəsi (QTAIM) istifadə edilərək təhlil edilmişdir.
PVA-nın NaAlg ilə, sonra isə qliserol ilə qarşılıqlı təsirini təmsil edən molekul modeli DFT istifadə edilərək optimallaşdırılmışdır. Model, Misirin Qahirə şəhərindəki Milli Tədqiqat Mərkəzinin Spektroskopiya şöbəsində Gaussian 0938 proqram təminatı istifadə edilərək hesablanmışdır. Modellər B3LYP/6-311G(d, p) səviyyəsində DFT istifadə edilərək optimallaşdırılmışdır39,40,41,42. Tədqiq olunan modellər arasındakı qarşılıqlı təsiri yoxlamaq üçün eyni nəzəriyyə səviyyəsində aparılan tezlik tədqiqatları optimallaşdırılmış həndəsənin sabitliyini nümayiş etdirir. Qiymətləndirilən bütün tezliklər arasında mənfi tezliklərin olmaması potensial enerji səthindəki əsl müsbət minimumlarda nəticə çıxarılmış strukturu vurğulayır. TDM, HOMO/LUMO zolaq boşluğu enerjisi və MESP kimi fiziki parametrlər eyni kvant mexaniki nəzəriyyə səviyyəsində hesablanmışdır. Bundan əlavə, Cədvəl 1-də verilmiş düsturlar istifadə edilərək son əmələgəlmə istiliyi, sərbəst enerji, entropiya, entalpiya və istilik tutumu kimi bəzi istilik parametrləri hesablanmışdır. Tədqiq olunan strukturların səthində baş verən qarşılıqlı təsirləri müəyyən etmək üçün tədqiq olunan modellər molekullarda atomların kvant nəzəriyyəsi (QTAIM) təhlilinə məruz qalmışdır. Bu hesablamalar Gaussian 09 proqram kodunda “output=wfn” əmri ilə aparılmış və sonra Avogadro proqram kodundan istifadə edilərək vizuallaşdırılmışdır43.
Burada E daxili enerji, P təzyiq, V həcm, Q sistem və onun mühiti arasında istilik mübadiləsi, T temperatur, ΔH entalpiya dəyişikliyi, ΔG sərbəst enerji dəyişikliyi, ΔS entropiya dəyişikliyi, a və b vibrasiya parametrləri, q atom yükü və C atom elektron sıxlığıdır44,45. Nəhayət, eyni strukturlar optimallaşdırıldı və QSAR parametrləri Misirin Qahirə şəhərindəki Milli Tədqiqat Mərkəzinin Spektroskopiya şöbəsində SCIGRESS proqram kodu46 istifadə edərək PM6 səviyyəsində hesablandı.
Əvvəlki işimizdə47, üç PVA vahidinin iki NaAlg vahidi ilə qarşılıqlı təsirini təsvir edən ən çox ehtimal olunan modeli qiymətləndirdik və qliserol plastifikator kimi çıxış edir. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, PVA və NaAlg-nin qarşılıqlı təsiri üçün iki ehtimal var. 3PVA-2Na Alg (karbon nömrəsi 10-a əsaslanır) və Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg olaraq təyin olunan iki model, nəzərdən keçirilən digər strukturlarla müqayisədə ən kiçik enerji boşluğu dəyərinə48 malikdir. Buna görə də, Gly əlavəsinin PVA/Na Alg qarışığı polimerinin ən çox ehtimal olunan modelinə təsiri son iki strukturdan istifadə edilərək araşdırıldı: 3PVA-(C10)2Na Alg (sadəlik üçün 3PVA-2Na Alg adlanır) və Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Ədəbiyyata görə, PVA, NaAlg və qliserol hidroksil funksional qrupları arasında yalnız zəif hidrogen rabitələri yarada bilər. Həm PVA trimeri, həm də NaAlg və qliserol dimeri bir neçə OH qrupu ehtiva etdiyindən, əlaqə OH qruplarından biri vasitəsilə həyata keçirilə bilər. Şəkil 1 model qliserol molekulu ilə 3PVA-2Na Alg model molekulu arasındakı qarşılıqlı təsiri, Şəkil 2 isə model molekul Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ilə müxtəlif konsentrasiyalı qliserol arasındakı qarşılıqlı təsirin qurulmuş modelini göstərir.
Optimallaşdırılmış strukturlar: (a) Gly və 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly və (f) 5 Gly ilə qarşılıqlı təsir göstərir.
1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg Terminin (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly və (f) 6 Gly ilə qarşılıqlı təsir göstərən optimallaşdırılmış strukturları.
Elektron zolaq boşluğu enerjisi istənilən elektrod materialının reaktivliyini öyrənərkən nəzərə alınmalı vacib bir parametrdir. Çünki material xarici dəyişikliklərə məruz qaldıqda elektronların davranışını təsvir edir. Buna görə də, tədqiq olunan bütün strukturlar üçün HOMO/LUMO-nun elektron zolaq boşluğu enerjilərini qiymətləndirmək lazımdır. Cədvəl 2-də qliserolun əlavə edilməsi səbəbindən 3PVA-(C10)2Na Alg və Term 1Na Alg − 3PVA- Orta 1Na Alg-nin HOMO/LUMO enerjilərindəki dəyişikliklər göstərilir. Ref47-yə görə, 3PVA-(C10)2Na Alg-nin Eg dəyəri 0,2908 eV, ikinci qarşılıqlı təsirin ehtimalını əks etdirən strukturun Eg dəyəri isə (yəni Term 1Na Alg − 3PVA- Orta 1Na Alg) 0,5706 eV-dir.
Lakin, qliserolun əlavə edilməsinin 3PVA-(C10)2Na Alg-nin Eg dəyərində cüzi bir dəyişikliklə nəticələndiyi məlum oldu. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 və 5 qliserol vahidi ilə qarşılıqlı təsir göstərdikdə, onun Eg dəyərləri müvafiq olaraq 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 və 0,281 eV oldu. Bununla belə, 3 qliserol vahidi əlavə edildikdən sonra Eg dəyərinin 3PVA-(C10)2Na Alg-nin dəyərindən kiçik olması barədə dəyərli bir fikir var. 3PVA-(C10)2Na Alg-nin beş qliserol vahidi ilə qarşılıqlı təsirini təmsil edən model ən çox ehtimal olunan qarşılıqlı təsir modelidir. Bu o deməkdir ki, qliserol vahidlərinin sayı artdıqca qarşılıqlı təsir ehtimalı da artır.
Bu arada, qarşılıqlı təsirin ikinci ehtimalı üçün Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly və Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly-ni təmsil edən model molekullarının HOMO/LUMO enerjiləri müvafiq olaraq 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 və 0.496 eV olur. Cədvəl 2 bütün strukturlar üçün hesablanmış HOMO/LUMO zolaq boşluğu enerjilərini göstərir. Üstəlik, birinci qrupun qarşılıqlı təsir ehtimallarının eyni davranışı burada təkrarlanır.
Bərk cisim fizikasındakı zolaq nəzəriyyəsi, elektrod materialının zolaq boşluğu azaldıqca materialın elektron keçiriciliyinin artdığını bildirir. Doping, natrium-ion katod materiallarının zolaq boşluğunu azaltmaq üçün geniş yayılmış bir üsuldur. Jiang və digərləri β-NaMnO2 təbəqəli materiallarının elektron keçiriciliyini yaxşılaşdırmaq üçün Cu dopingindən istifadə etdilər. DFT hesablamalarından istifadə edərək, dopingin materialın zolaq boşluğunu 0,7 eV-dən 0,3 eV-ə endirdiyini aşkar etdilər. Bu, Cu dopinginin β-NaMnO2 materialının elektron keçiriciliyini yaxşılaşdırdığını göstərir.
MESP molekulyar yük paylanması ilə tək müsbət yük arasındakı qarşılıqlı təsir enerjisi kimi müəyyən edilir. MESP kimyəvi xüsusiyyətləri və reaktivliyi anlamaq və şərh etmək üçün təsirli bir vasitə hesab olunur. MESP polimer materiallar arasındakı qarşılıqlı təsir mexanizmlərini anlamaq üçün istifadə edilə bilər. MESP tədqiq olunan birləşmə daxilində yük paylanmasını təsvir edir. Bundan əlavə, MESP tədqiq olunan materiallardakı aktiv mərkəzlər haqqında məlumat verir32. Şəkil 3-də B3LYP/6-311G(d, p) nəzəriyyə səviyyəsində proqnozlaşdırılan 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly və 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly-nin MESP qrafikləri göstərilir.
(a) Gly və (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly və (f) 5 Gly ilə qarşılıqlı təsir göstərən 3PVA − 2Na Alg üçün B3LYP/6-311 g(d, p) ilə hesablanmış MESP konturları.
Bu arada, Şəkil 4, müvafiq olaraq, 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 1Na Alg − 3gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly və Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly üçün MESP-nin hesablanmış nəticələrini göstərir. Hesablanmış MESP kontur davranışı kimi təmsil olunur. Kontur xətləri müxtəlif rənglərlə təmsil olunur. Hər rəng fərqli bir elektromənfilik dəyərini təmsil edir. Qırmızı rəng yüksək elektronmənfi və ya reaktiv sahələri göstərir. Bu arada, sarı rəng strukturdakı neytral sahələri 49, 50, 51 təmsil edir. MESP nəticələri göstərdi ki, tədqiq olunan modellər ətrafında qırmızı rəngin artması ilə 3PVA-(C10)2Na Alg-nin reaktivliyi artmışdır. Bu arada, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg model molekulunun MESP xəritəsindəki qırmızı rəng intensivliyi fərqli qliserin tərkibi ilə qarşılıqlı təsir səbəbindən azalır. Təklif olunan struktur ətrafında qırmızı rəng paylanmasındakı dəyişiklik reaktivliyi əks etdirir, intensivliyin artması isə qliserin tərkibinin artması səbəbindən 3PVA-(C10)2Na Alg model molekulunun elektronmənfiliyinin artmasını təsdiqləyir.
B3LYP/6-311 g(d, p) hesablanmış MESP 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg-ın (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly və (f) 6 Gly ilə qarşılıqlı təsir göstərən termini.
Təklif olunan bütün strukturların entalpiya, entropiya, istilik tutumu, sərbəst enerji və əmələ gəlmə istiliyi kimi istilik parametrləri 200 K-dən 500 K-ə qədər müxtəlif temperaturlarda hesablanmışdır. Fiziki sistemlərin davranışını təsvir etmək üçün onların elektron davranışlarını öyrənməklə yanaşı, onların bir-biri ilə qarşılıqlı təsirinə görə temperaturun funksiyası kimi istilik davranışlarını da öyrənmək lazımdır ki, bu da Cədvəl 1-də verilmiş tənliklərdən istifadə etməklə hesablana bilər. Bu istilik parametrlərinin öyrənilməsi bu cür fiziki sistemlərin müxtəlif temperaturlarda cavabdehliyinin və sabitliyinin vacib göstəricisi hesab olunur.
PVA trimerinin entalpiyasına gəldikdə isə, o, əvvəlcə NaAlg dimeri ilə, sonra karbon atomu #10-a bağlı OH qrupu vasitəsilə və nəhayət, qliserinlə reaksiyaya girir. Entalpiya termodinamik sistemdəki enerjinin ölçüsüdür. Entalpiya sistemdəki ümumi istiliyə bərabərdir ki, bu da sistemin daxili enerjisi ilə həcmi və təzyiqinin hasilinə bərabərdir. Başqa sözlə, entalpiya bir maddəyə nə qədər istilik və iş əlavə olunduğunu və ya çıxarıldığını göstərir52.
Şəkil 5, 3PVA-(C10)2Na Alg-nin müxtəlif qliserin konsentrasiyaları ilə reaksiyası zamanı entalpiya dəyişikliklərini göstərir. A0, A1, A2, A3, A4 və A5 qısaltmaları müvafiq olaraq 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly və 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly model molekullarını təmsil edir. Şəkil 5a, temperatur və qliserin tərkibinin artması ilə entalpiyanın artdığını göstərir. 200 K-də 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (yəni A5)-i təmsil edən strukturun entalpiyası 27.966 kal/mol, 200 K-də 3PVA-2NaAlg-i təmsil edən strukturun entalpiyası isə 13.490 kal/mol təşkil edir. Nəhayət, entalpiya müsbət olduğundan, bu reaksiya endotermikdir.
Entropiya qapalı termodinamik sistemdə əlçatmaz enerjinin ölçüsü kimi müəyyən edilir və tez-tez sistemin nizamsızlığının ölçüsü kimi qəbul edilir. Şəkil 5b-də 3PVA-(C10)2NaAlg-ın entropiyasının temperaturla dəyişməsi və onun müxtəlif qliserin vahidləri ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyi göstərilir. Qrafik göstərir ki, temperatur 200 K-dən 500 K-yə qədər artdıqca entropiya xətti olaraq dəyişir. Şəkil 5b-də aydın şəkildə göstərilir ki, 3PVA-(C10)2Na Alg modelinin entropiyası 200 K-də 200 kal/K/mol-a meyl edir, çünki 3PVA-(C10)2Na Alg modeli daha az qəfəs pozğunluğu nümayiş etdirir. Temperatur artdıqca 3PVA-(C10)2Na Alg modeli nizamsızlaşır və temperaturun artması ilə entropiyanın artmasını izah edir. Bundan əlavə, 3PVA-C10 2Na Alg-5Gly-nin strukturunun ən yüksək entropiya dəyərinə malik olduğu açıq-aydındır.
Eyni davranış Şəkil 5c-də də müşahidə olunur və istilik tutumunun temperaturla dəyişməsini göstərir. İstilik tutumu müəyyən miqdarda maddənin temperaturunu 1 °C47 dəyişdirmək üçün tələb olunan istilik miqdarıdır. Şəkil 5c-də 1, 2, 3, 4 və 5 qliserin vahidləri ilə qarşılıqlı təsirlər nəticəsində 3PVA-(C10)2NaAlg model molekulunun istilik tutumundakı dəyişikliklər göstərilir. Şəkil göstərir ki, 3PVA-(C10)2NaAlg modelinin istilik tutumu temperaturla xətti olaraq artır. Temperaturun artması ilə istilik tutumunda müşahidə edilən artım fonon istilik vibrasiyaları ilə əlaqələndirilir. Bundan əlavə, qliserin tərkibinin artmasının 3PVA-(C10)2NaAlg modelinin istilik tutumunun artmasına səbəb olduğuna dair dəlillər mövcuddur. Bundan əlavə, struktur göstərir ki, 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly digər strukturlarla müqayisədə ən yüksək istilik tutumu dəyərinə malikdir.
Tədqiq olunan strukturlar üçün sərbəst enerji və son əmələgəlmə istiliyi kimi digər parametrlər hesablanmışdır və müvafiq olaraq Şəkil 5d və e-də göstərilmişdir. Son əmələgəlmə istiliyi, sabit təzyiq altında tərkib elementlərindən təmiz bir maddənin əmələ gəlməsi zamanı ayrılan və ya udulan istilikdir. Sərbəst enerji enerjiyə bənzər bir xüsusiyyət kimi təyin edilə bilər, yəni onun dəyəri hər bir termodinamik vəziyyətdəki maddənin miqdarından asılıdır. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly-nin sərbəst enerjisi və əmələgəlmə istiliyi ən aşağı idi və müvafiq olaraq -1318.338 və -1628.154 kkal/mol idi. Bunun əksinə olaraq, 3PVA-(C10)2NaAlg-ı təmsil edən struktur, digər strukturlarla müqayisədə ən yüksək sərbəst enerji və əmələgəlmə istiliyi dəyərlərinə müvafiq olaraq -690.340 və -830.673 kkal/mol malikdir. Şəkil 5-də göstərildiyi kimi, qliserinlə qarşılıqlı təsir nəticəsində müxtəlif istilik xüsusiyyətləri dəyişir. Gibbs sərbəst enerjisi mənfidir, bu da təklif olunan strukturun sabit olduğunu göstərir.
PM6 təmiz 3PVA- (C10) 2Na Alg (model A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (model A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (model A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (model A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (model A4) və 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (model A5)-in istilik parametrlərini hesablamışdır, burada (a) entalpiya, (b) entropiya, (c) istilik tutumu, (d) sərbəst enerji və (e) əmələ gəlmə istiliyidir.
Digər tərəfdən, PVA trimeri və dimer NaAlg arasında ikinci qarşılıqlı təsir rejimi PVA trimer strukturundakı terminal və orta OH qruplarında baş verir. Birinci qrupda olduğu kimi, istilik parametrləri eyni nəzəriyyə səviyyəsindən istifadə edilərək hesablanmışdır. Şəkil 6a-e entalpiya, entropiya, istilik tutumu, sərbəst enerji və nəticədə əmələ gəlmə istiliyinin variasiyalarını göstərir. Şəkil 6a-c göstərir ki, Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg-ın entalpiyası, entropiyası və istilik tutumu 1, 2, 3, 4, 5 və 6 qliserin vahidləri ilə qarşılıqlı təsir göstərdikdə birinci qrupla eyni davranış nümayiş etdirir. Üstəlik, onların dəyərləri temperatur artdıqca tədricən artır. Bundan əlavə, təklif olunan Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg modelində entalpiya, entropiya və istilik tutumu dəyərləri qliserin tərkibinin artması ilə artmışdır. B0, B1, B2, B3, B4, B5 və B6 qısaltmaları müvafiq olaraq aşağıdakı strukturları təmsil edir: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 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 və Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Şəkil 6a–c-də göstərildiyi kimi, qliserin vahidlərinin sayı 1-dən 6-ya artdıqca entalpiya, entropiya və istilik tutumunun dəyərlərinin artdığı göz qabağındadır.
PM6, (a) entalpiya, (b) entropiya, (c) istilik tutumu, (d) sərbəst enerji və (e) əmələ gəlmə istiliyi daxil olmaqla, təmiz 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), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 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) və Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (model B6) istilik parametrlərini hesablamışdır.
Bundan əlavə, 1-ci Term Na Alg-3PVA- Orta 1 Na Alg-6 Gly-ni təmsil edən struktur digər strukturlarla müqayisədə ən yüksək entalpiya, entropiya və istilik tutumu dəyərlərinə malikdir. Bunlar arasında onların dəyərləri 1-ci Term Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg-də 16.703 kal/mol, 257.990 kal/mol/K və 131.323 kkal/mol-dan 1-ci Term Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly-də müvafiq olaraq 33.223 kal/mol, 420.038 kal/mol/K və 275.923 kkal/mol-a qədər artmışdır.
Lakin, Şəkil 6d və e-də sərbəst enerjinin və son əmələgəlmə istiliyinin (HF) temperatur asılılığı göstərilir. HF, təbii və standart şəraitdə bir mol maddənin elementlərindən əmələ gəldikdə baş verən entalpiya dəyişikliyi kimi təyin edilə bilər. Şəkildən aydın olur ki, tədqiq olunan bütün strukturların sərbəst enerjisi və son əmələgəlmə istiliyi temperaturdan xətti asılılıq göstərir, yəni temperatur artdıqca tədricən və xətti olaraq artır. Bundan əlavə, şəkil həmçinin Termin 1 Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly-ni təmsil edən strukturun ən aşağı sərbəst enerjiyə və ən aşağı HF-yə malik olduğunu təsdiqlədi. Hər iki parametr 1 Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly terminində -758.337-dən -899.741 K kal/mol-a qədər azalaraq -1,476.591 və -1,828.523 K kal/mol-a düşdü. Nəticələrdən aydın olur ki, qliserin vahidlərinin artması ilə HF azalır. Bu o deməkdir ki, funksional qrupların artması səbəbindən reaktivlik də artır və buna görə də reaksiyanı aparmaq üçün daha az enerji tələb olunur. Bu, yüksək reaktivliyinə görə plastikləşdirilmiş PVA/NaAlg-nin batareyalarda istifadə edilə biləcəyini təsdiqləyir.
Ümumiyyətlə, temperatur effektləri iki növə bölünür: aşağı temperatur effektləri və yüksək temperatur effektləri. Aşağı temperaturun təsirləri əsasən Qrenlandiya, Kanada və Rusiya kimi yüksək enliklərdə yerləşən ölkələrdə hiss olunur. Qışda bu yerlərdə xarici hava temperaturu sıfır dərəcədən çox aşağı olur. Litium-ion batareyalarının ömrü və performansı, xüsusən də qoşula bilən hibrid elektrik nəqliyyat vasitələrində, təmiz elektrik nəqliyyat vasitələrində və hibrid elektrik nəqliyyat vasitələrində istifadə olunan aşağı temperaturlardan təsirlənə bilər. Kosmik səyahət litium-ion batareyaları tələb edən başqa bir soyuq mühitdir. Məsələn, Marsda temperatur -120 dərəcə Selsiyə enə bilər ki, bu da kosmik gəmilərdə litium-ion batareyalarının istifadəsinə əhəmiyyətli maneə yaradır. Aşağı işləmə temperaturu litium-ion batareyalarının yük ötürmə sürətinin və kimyəvi reaksiya aktivliyinin azalmasına səbəb ola bilər ki, bu da elektrodun içərisində litium ionlarının diffuziya sürətinin və elektrolitdə ion keçiriciliyinin azalmasına səbəb olur. Bu deqradasiya enerji tutumunun və gücünün azalmasına, bəzən isə hətta performansın azalmasına səbəb olur53.
Yüksək temperatur effekti həm yüksək, həm də aşağı temperaturlu mühitlər daxil olmaqla daha geniş tətbiq mühitlərində baş verir, aşağı temperatur effekti isə əsasən aşağı temperaturlu tətbiq mühitləri ilə məhdudlaşır. Aşağı temperatur effekti əsasən ətraf mühitin temperaturu ilə müəyyən edilir, yüksək temperatur effekti isə adətən işləmə zamanı litium-ion batareyasının içərisindəki yüksək temperaturlarla daha dəqiq əlaqələndirilir.
Litium-ion batareyaları yüksək cərəyan şəraitində (sürətli doldurma və sürətli boşalma daxil olmaqla) istilik yaradır ki, bu da daxili temperaturun yüksəlməsinə səbəb olur. Yüksək temperaturlara məruz qalma, həmçinin tutum və güc itkisi də daxil olmaqla, batareyanın performansının pisləşməsinə səbəb ola bilər. Tipik olaraq, yüksək temperaturda litiumun itirilməsi və aktiv materialların bərpası tutum itkisinə səbəb olur və güc itkisi daxili müqavimətin artması ilə əlaqədardır. Temperatur nəzarətdən çıxarsa, istilik qaçışı baş verir ki, bu da bəzi hallarda spontan yanmaya və ya hətta partlayışa səbəb ola bilər.
QSAR hesablamaları, bioloji aktivlik və birləşmələrin struktur xüsusiyyətləri arasındakı əlaqələri müəyyən etmək üçün istifadə edilən hesablama və ya riyazi modelləşdirmə metodudur. Bütün dizayn edilmiş molekullar optimallaşdırılmış və bəzi QSAR xüsusiyyətləri PM6 səviyyəsində hesablanmışdır. Cədvəl 3-də hesablanmış QSAR təsvirçilərindən bəziləri sadalanır. Bu cür təsvirçilərə nümunə olaraq yük, TDM, ümumi enerji (E), ionlaşma potensialı (IP), Log P və polyarizasiyanı göstərmək olar (IP və Log P-ni təyin etmək üçün düsturlar üçün Cədvəl 1-ə baxın).
Hesablama nəticələri göstərir ki, tədqiq olunan bütün strukturların ümumi yükü əsas vəziyyətdə olduqları üçün sıfırdır. Birinci qarşılıqlı təsir ehtimalı üçün qliserolun TDM-i 3PVA-(C10) 2Na Alg üçün 2.788 Debye və 6.840 Debye təşkil etmişdir, 3PVA-(C10) 2Na Alg isə 1, 2, 3, 4 və 5 vahid qliserol ilə qarşılıqlı təsir göstərdikdə TDM dəyərləri müvafiq olaraq 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye və 12.779 Debye-yə qədər artırılmışdır. TDM dəyəri nə qədər yüksəkdirsə, ətraf mühitlə reaktivliyi də bir o qədər yüksəkdir.
Ümumi enerji (E) də hesablanmışdır və qliserin və 3PVA-(C10)2 NaAlg-ın E dəyərləri müvafiq olaraq -141.833 eV və -200092.503 eV olaraq müəyyən edilmişdir. Bu arada, 3PVA-(C10)2 NaAlg-ı təmsil edən strukturlar 1, 2, 3, 4 və 5 qliserin vahidi ilə qarşılıqlı təsir göstərir; E müvafiq olaraq -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 və -1548.031 eV olur. Qliserin tərkibinin artması ümumi enerjinin azalmasına və dolayısı ilə reaktivliyin artmasına səbəb olur. Ümumi enerji hesablamasına əsasən, 3PVA-2Na Alg-5 Gly olan model molekulunun digər model molekullardan daha reaktiv olduğu qənaətinə gəlinmişdir. Bu fenomen onların quruluşu ilə əlaqədardır. 3PVA-(C10)2NaAlg yalnız iki -COONa qrupu ehtiva edir, digər strukturlar isə iki -COONa qrupu ehtiva edir, lakin bir neçə OH qrupu daşıyır ki, bu da onların ətraf mühitə qarşı reaktivliyinin artdığını göstərir.
Bundan əlavə, bu tədqiqatda bütün strukturların ionlaşma enerjiləri (IE) nəzərə alınır. İonlaşma enerjisi tədqiq olunan modelin reaktivliyini ölçmək üçün vacib parametrdir. Elektronu molekulun bir nöqtəsindən sonsuzluğa daşımaq üçün tələb olunan enerjiyə ionlaşma enerjisi deyilir. Bu, molekulun ionlaşma (yəni reaktivlik) dərəcəsini təmsil edir. İonlaşma enerjisi nə qədər yüksəkdirsə, reaktivlik də bir o qədər aşağı olur. 3PVA-(C10)2NaAlg-ın 1, 2, 3, 4 və 5 qliserin vahidləri ilə qarşılıqlı təsirinin IE nəticələri müvafiq olaraq -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 və -9.323 eV, qliserin və 3PVA-(C10)2NaAlg-ın IE-ləri isə müvafiq olaraq -5.157 və -9.341 eV olmuşdur. Qliserolun əlavə edilməsi IP dəyərinin azalmasına səbəb olduğundan, molekulyar reaktivlik artmışdır ki, bu da PVA/NaAlg/qliserol model molekulunun elektrokimyəvi cihazlarda tətbiqini artırır.
Cədvəl 3-dəki beşinci təsvirçi, bölmə əmsalının loqarifmi olan və öyrənilən strukturun hidrofil və ya hidrofob olub olmadığını təsvir etmək üçün istifadə olunan Log P-dir. Mənfi Log P dəyəri hidrofil molekulu göstərir, yəni suda asanlıqla həll olur və üzvi həlledicilərdə zəif həll olur. Müsbət dəyər isə əks prosesi göstərir.
Əldə edilən nəticələrə əsasən, bütün strukturların hidrofilik olduğu qənaətinə gəlmək olar, çünki onların Log P dəyərləri (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly və 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) müvafiq olaraq -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 və -8.504-dür, qliserolun Log P dəyəri isə yalnız -1.081, 3PVA-(C10)2Na Alg isə yalnız -3.100-dür. Bu o deməkdir ki, tədqiq olunan strukturun xüsusiyyətləri su molekulları onun strukturuna daxil edildikcə dəyişəcək.
Nəhayət, bütün strukturların polyarizasiyası PM6 səviyyəsində də yarı-empirik metoddan istifadə etməklə hesablanır. Əvvəllər qeyd edilmişdir ki, əksər materialların polyarizasiyası müxtəlif amillərdən asılıdır. Ən vacib amil tədqiq olunan strukturun həcmidir. 3PVA və 2NaAlg arasında birinci növ qarşılıqlı təsir göstərən bütün strukturlar üçün (qarşılıqlı təsir 10 nömrəli karbon atomu vasitəsilə baş verir) polyarizasiya qliserol əlavə etməklə yaxşılaşdırılır. Polyarizasiya 1, 2, 3, 4 və 5 qliserol vahidləri ilə qarşılıqlı təsirlər səbəbindən 29.690 Å-dən 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 və 54.638 Å-yə qədər artır. Beləliklə, ən yüksək polyarizasiyaya malik model molekulunun 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, ən aşağı polyarizasiyaya malik model molekulunun isə 29.690 Å olan 3PVA-(C10)2NaAlg olduğu müəyyən edilmişdir.
QSAR təsvirçilərinin qiymətləndirilməsi göstərdi ki, 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly-ni təmsil edən struktur ilk təklif olunan qarşılıqlı təsir üçün ən reaktivdir.
PVA trimeri və NaAlg dimeri arasındakı ikinci qarşılıqlı təsir rejimi üçün nəticələr göstərir ki, onların yükləri əvvəlki bölmədə birinci qarşılıqlı təsir üçün təklif olunan yüklərə bənzəyir. Bütün strukturların elektron yükü sıfırdır, bu da onların hamısının əsas vəziyyətdə olduğunu göstərir.
Cədvəl 4-də göstərildiyi kimi, Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg-nin TDM dəyərləri (PM6 səviyyəsində hesablanmış) Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 və 6 vahid qliserinlə reaksiyaya girdikdə 11.581 Debye-dən 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 və 15.756-ya yüksəlmişdir. Lakin, ümumi enerji qliserol vahidlərinin sayının artması ilə azalır və Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg müəyyən sayda qliserol vahidi ilə (1-dən 6-ya qədər) qarşılıqlı təsir göstərdikdə, ümumi enerji müvafiq olaraq − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 və − 1637.432 eV-dir.
İkinci qarşılıqlı təsir ehtimalı üçün IP, Log P və polyarizasiya da PM6 nəzəriyyə səviyyəsində hesablanır. Buna görə də, onlar molekulyar reaktivliyin ən güclü üç təsvirini nəzərdən keçirdilər. 1, 2, 3, 4, 5 və 6 qliserin vahidləri ilə qarşılıqlı təsir göstərən 1-ci Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-ni təmsil edən strukturlar üçün IP −9.385 eV-dən −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 və −8.900 eV-ə qədər artır. Lakin, 1-ci Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-nin qliserinlə plastikləşməsi səbəbindən hesablanmış Log P dəyəri daha aşağı idi. Qliserol tərkibi 1-dən 6-ya artdıqca, onun dəyərləri -3.643 əvəzinə -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 və -10.53 olur. Nəhayət, polyarizasiya məlumatları göstərdi ki, qliserol tərkibinin artırılması Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-nin polyarizasiyasının artmasına səbəb olub. Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg model molekulunun polyarizasiyası 6 qliserol vahidi ilə qarşılıqlı təsirdən sonra 31.703 Å-dən 63.198 Å-yə qədər artmışdır. Qeyd etmək vacibdir ki, ikinci qarşılıqlı təsir ehtimalında qliserol vahidlərinin sayının artırılması, çoxlu sayda atom və mürəkkəb quruluşa baxmayaraq, qliserol tərkibinin artması ilə performansın hələ də yaxşılaşdığını təsdiqləmək üçün həyata keçirilir. Beləliklə, mövcud PVA/Na Alg/qliserin modelinin litium-ion batareyalarını qismən əvəz edə biləcəyini demək olar, lakin daha çox tədqiqat və inkişafa ehtiyac var.
Səthin adsorbata bağlanma qabiliyyətini xarakterizə etmək və sistemlər arasındakı unikal qarşılıqlı təsirləri qiymətləndirmək üçün istənilən iki atom arasında mövcud olan rabitənin növü, molekullararası və molekuldaxili qarşılıqlı təsirlərin mürəkkəbliyi və səthin və adsorbentin elektron sıxlığının paylanması haqqında bilik tələb olunur. Qarşılıqlı təsir göstərən atomlar arasındakı rabitə kritik nöqtəsindəki (BCP) elektron sıxlığı QTAIM analizində rabitə gücünün qiymətləndirilməsi üçün vacibdir. Elektron yük sıxlığı nə qədər yüksəkdirsə, kovalent qarşılıqlı təsir bir o qədər sabitdir və ümumiyyətlə, bu kritik nöqtələrdə elektron sıxlığı bir o qədər yüksəkdir. Bundan əlavə, həm ümumi elektron enerji sıxlığı (H(r)), həm də Laplas yük sıxlığı (∇2ρ(r)) 0-dan azdırsa, bu, kovalent (ümumi) qarşılıqlı təsirlərin mövcudluğunu göstərir. Digər tərəfdən, ∇2ρ(r) və H(r) 0,54-dən çox olduqda, bu, zəif hidrogen rabitələri, van der Waals qüvvələri və elektrostatik qarşılıqlı təsirlər kimi kovalent olmayan (qapalı qabıqlı) qarşılıqlı təsirlərin mövcudluğunu göstərir. QTAIM təhlili, Şəkil 7 və 8-də göstərildiyi kimi, tədqiq olunan strukturlarda qeyri-kovalent qarşılıqlı təsirlərin təbiətini ortaya qoydu. Təhlilə əsasən, 3PVA − 2Na Alg və Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg-ni təmsil edən model molekullar, müxtəlif qlisin vahidləri ilə qarşılıqlı təsir göstərən molekullardan daha yüksək stabillik göstərdi. Bunun səbəbi, alginat strukturunda daha çox yayılmış olan elektrostatik qarşılıqlı təsirlər və hidrogen rabitələri kimi bir sıra qeyri-kovalent qarşılıqlı təsirlərin alginatın kompozitləri sabitləşdirməsinə imkan verməsidir. Bundan əlavə, nəticələrimiz 3PVA − 2Na Alg və Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg model molekulları ilə qlisin arasında qeyri-kovalent qarşılıqlı təsirlərin əhəmiyyətini nümayiş etdirir ki, bu da qlisinin kompozitlərin ümumi elektron mühitinin dəyişdirilməsində mühüm rol oynadığını göstərir.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly və (f) 5Gly ilə qarşılıqlı təsir göstərən 3PVA − 2NaAlg model molekulunun QTAIM təhlili.