nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin, brauzeriň iň soňky wersiýasyny ulanmagy (ýa-da Internet Explorer-de utgaşyklylyk režimini öçürmegi) maslahat berýäris. Mundan başga-da, goldawy dowam etdirmek üçin bu saýtda stiller ýa-da JavaScript bolmaz.
Natriý çeşmesiniň köp bolmagy sebäpli, natriý-ion batareýalary (NIB) elektrohimiki energiýany saklamak üçin geljegi uly alternatiw çözgüt bolup durýar. Häzirki wagtda NIB tehnologiýasynyň ösdürilmegindäki esasy päsgelçilik natriý ionlaryny uzak wagtlap yzyna gaýtaryp saklap/boşadyp bilýän elektrod materiallarynyň ýetmezçiligidir. Şonuň üçin bu gözlegiň maksady NIB elektrod materiallary hökmünde poliwinil spirtine (PVA) we natriý alginatyna (NaAlg) garyndylaryna gliserin goşulmagynyň täsirini nazary taýdan öwrenmekdir. Bu gözleg PVA, natriý alginatyna we gliserin garyndylaryna esaslanýan polimer elektrolitleriniň elektron, termiki we mukdary gurluş-aktiwlik gatnaşygyna (QSAR) gönükdirilendir. Bu häsiýetler ýarym empirik usullar we dykyzlyk funksional teoriýasy (DFT) arkaly öwrenilýär. Gurluşyk seljermesi PVA/alginat we gliserin arasyndaky özara täsirleriň jikme-jikliklerini ýüze çykarandygy üçin, zolak aralygynyň energiýasy (Eg) öwrenildi. Netijeler gliserin goşulmagynyň Eg gymmatynyň 0,2814 eV-e çenli azalmagyna getirýändigini görkezýär. Molekulýar elektrostatik potensial ýüzi (MESP) tutuş elektrolit ulgamynda elektrona baý we elektrona garyp sebitleriň we molekulýar zarýadlaryň paýlanyşyny görkezýär. Öwrenilen termal parametrlere entalpiýa (H), entropiýa (ΔS), ýylylyk kuwwaty (Cp), Gibbsiň erkin energiýasy (G) we emele gelme ýylylygy girýär. Mundan başga-da, bu gözlegde umumy dipol momenti (TDM), umumy energiýa (E), ionlaşma potensialy (IP), Log P we polýarizasiýa ýaly birnäçe mukdary gurluş-aktiwlik gatnaşygy (QSAR) häsiýetlendirijileri öwrenildi. Netijeler H, ΔS, Cp, G we TDM-iň temperatura we gliserin mukdarynyň ýokarlanmagy bilen artýandygyny görkezdi. Şol bir wagtyň özünde, emele gelme ýylylygy, IP we E azaldy, bu bolsa reaktiwligi we polýarizasiýany gowulandyrdy. Mundan başga-da, gliserin goşmak bilen öýjük naprýaženiýesi 2,488 V-a çenli ýokarlandy. Arzan PVA/Na Alg gliserin esasly elektrolitlere esaslanýan DFT we PM6 hasaplamalary, köpugurlylygy sebäpli litium-ion batareýalarynyň ornuny tutup biljekdigini görkezýär, ýöne mundan beýläk-de kämilleşdirmelere we ylmy-barlag işlerine zerurlyk bar.
Litiý-ion batareýalary (LIB) giňden ulanylsa-da, olaryň ulanylyşy gysga möhletli ömri, ýokary bahasy we howpsuzlyk meseleleri sebäpli köp çäklendirmeler bilen ýüzbe-ýüz bolýar. Natriý-ion batareýalary (SIB) giň elýeterliligi, arzanlygy we natriý elementiniň zäherli däldigi sebäpli LIB-lere amatly alternatiwa bolup biler. Natriý-ion batareýalary (SIB) elektrohimiki enjamlar üçin barha möhüm energiýa saklaýyş ulgamyna öwrülýär1. Natriý-ion batareýalary ion daşamagyny ýeňilleşdirmek we elektrik tokuny döretmek üçin elektrolitlere uly derejede bil baglaýar2,3. Suwuk elektrolitler esasan metal duzlaryndan we organiki erginlerden ybarat. Amaly ulanylyşlar, esasanam batareýa termal ýa-da elektrik stresine sezewar edilende, suwuk elektrolitleriň howpsuzlygyna üns bermegi talap edýär4.
Natriý-ion batareýalarynyň (SIB) deňiz gorlarynyň köp bolmagy, zäherli däldigi we material bahasynyň arzanlygy sebäpli ýakyn geljekde litium-ion batareýalarynyň ornuny tutjakdygyna garaşylýar. Nanomateriallaryň sintezi maglumatlary saklamak, elektron we optiki enjamlaryň ösüşini çaltlaşdyrdy. Köp sanly edebiýat natriý-ion batareýalarynda dürli nanostrukturalaryň (meselem, metal oksidleri, grafen, nanotubalar we fullerenler) ulanylyşyny görkezdi. Barlaglar köpugurlylygy we ekologiýa taýdan arassalygy sebäpli natriý-ion batareýalary üçin polimerler bilen birlikde anod materiallarynyň işlenip düzülmegine gönükdirildi. Gaýtadan doldurylýan polimer batareýalary ulgamyndaky ylmy gyzyklanma şübhesiz artar. Üýtgeşik gurluşlara we häsiýetlere eýe bolan täze polimer elektrod materiallary ekologiýa taýdan arassa energiýa saklamak tehnologiýalaryna ýol açmagy mümkin. Natriý-ion batareýalarynda ulanmak üçin dürli polimer elektrod materiallary öwrenilen bolsa-da, bu pudak henizem ösüşiň başlangyç tapgyrynda. Natriý-ion batareýalary üçin dürli gurluş konfigurasiýalaryna eýe bolan has köp polimer materiallary öwrenilmelidir. Polimer elektrod materiallarynda natriý ionlarynyň saklanyş mehanizmi baradaky häzirki bilimlerimize esaslanyp, konýugasiýa edilen ulgamdaky karbonil toparlarynyň, erkin radikallaryň we geteroatomlaryň natriý ionlary bilen özara täsirleşmek üçin işjeň ýerler hökmünde hyzmat edip biljekdigi barada gipoteza çykarmak bolar. Şonuň üçin bu işjeň ýerleriň ýokary dykyzlygy bolan täze polimerleri işläp düzmek örän möhümdir. Gel polimer elektrolit (GPE) batareýanyň ygtybarlylygyny, ion geçirijiligini, syzmasyzlygyny, ýokary çeýeligini we gowy işini gowulandyrýan alternatiw tehnologiýadyr12.
Polimer matrisalaryna PVA we polietilen oksid (PEO) ýaly materiallar girýär13. Gel geçirijilikli polimer (GPE) polimer matrisasyndaky suwuk elektroliti hereketsizleşdirýär, bu bolsa täjirçilik bölüjilerine garanyňda syzma howpuny azaldýar14. PVA sintetiki biodegradasiýa edilýän polimerdir. Ol ýokary geçirijilige eýedir, arzan we zäherli däl. Material plýonka emele getiriji häsiýetleri, himiki durnuklylygy we ýelmeşmegi bilen tanalýar. Şeýle hem, ol funksional (OH) toparlara we ýokary özara baglanyşyk potensial dykyzlygyna eýedir15,16,17. Polimer garyşdyrmak, plastifikator goşmak, kompozit goşmak we ýerinde polimerleşme usullary PVA esasly polimer elektrolitleriniň geçirijiligini gowulandyrmak üçin matrisanyň kristallygyny azaltmak we zynjyr çeýeligini ýokarlandyrmak üçin ulanyldy18,19,20.
Garyşdyrmak senagat ulanylyşlary üçin polimer materiallary işläp çykarmagyň möhüm usulydyr. Polimer garyndylary köplenç şu maksatlar üçin ulanylýar: (1) senagat ulanylyşlarynda tebigy polimerleriň gaýtadan işleme häsiýetlerini gowulandyrmak; (2) biodegradasiýa bolýan materiallaryň himiki, fiziki we mehaniki häsiýetlerini gowulandyrmak; we (3) azyk gaplama senagatynda täze materiallara bolan çalt üýtgeýän islege uýgunlaşmak. Kopolimerleşdirmeden tapawutlylykda, polimer garyşdyrmak islenýän häsiýetlere ýetmek üçin çylşyrymly himiki prosesleriň ýerine ýönekeý fiziki prosesleri ulanýan arzan bahaly prosesdir21. Gomopolimerleri emele getirmek üçin dürli polimerler dipol-dipol güýçleri, wodorod baglanyşyklary ýa-da zarýad geçirijilik kompleksleri arkaly özara täsirleşip bilerler22,23. Tebigy we sintetiki polimerlerden ýasalan garyndylar gowy bio gabat gelýänligi ajaýyp mehaniki häsiýetler bilen birleşdirip, pes önümçilik çykdajylarynda ýokary hilli material döredip bilerler24,25. Şonuň üçin sintetiki we tebigy polimerleri garyşdyrmak arkaly biodegişli polimer materiallaryny döretmäge uly gyzyklanma bildirilýär. PVA natriý alginaty (NaAlg), sellýuloza, hitozan we krahmal26 bilen birleşdirilip bilner.
Natriý alginaty deňiz goňur suw otlaryndan alynýan tebigy polimer we anion polisahariddir. Natriý alginaty β-(1-4) bilen baglanyşykly D-mannuron turşusyndan (M) we α-(1-4) bilen baglanyşykly L-guluron turşusyndan (G) ybarat bolup, olar gomopolimer görnüşlere (poli-M we poli-G) we geteropolimer bloklara (MG ýa-da GM) bölünendir27. M we G bloklarynyň mazmuny we deňeşdirilen gatnaşygy alginatyň himiki we fiziki häsiýetlerine uly täsir edýär28,29. Natriý alginaty biodegradasiýa, bio gabat gelýänligi, arzanlygy, gowy plýonka emele getirýän häsiýetleri we zäherli däldigi sebäpli giňden ulanylýar we öwrenilýär. Şeýle-de bolsa, alginat zynjyryndaky köp sanly erkin gidroksil (OH) we karboksilat (COO) toparlary alginaty ýokary derejede gidrofil edýär. Şeýle-de bolsa, alginat öz döwülmegi we berkligi sebäpli pes mehaniki häsiýetlere eýedir. Şonuň üçin alginat suwa duýgurlygy we mehaniki häsiýetleri gowulandyrmak üçin beýleki sintetiki materiallar bilen utgaşdyrylyp bilner30,31.
Täze elektrod materiallaryny dizaýn etmezden öň, täze materiallaryň öndürilişiniň mümkinçiligini bahalandyrmak üçin köplenç DFT hasaplamalary ulanylýar. Mundan başga-da, alymlar eksperimental netijeleri tassyklamak we çaklamak, wagty tygşytlamak, himiki galyndylary azaltmak we özara täsirleşme hereketini çaklamak üçin molekulýar modelleşdirmegi ulanýarlar32. Molekulýar modelleşdirme materialşynaslyk, nanomateriallar, hasaplama himiýasy we derman açyşlary ýaly köp ugurlarda ylmyň güýçli we möhüm pudagyna öwrüldi33,34. Modelleşdirme programmalaryny ulanyp, alymlar energiýa (emele gelme ýylylygy, ionlaşma potensialy, aktiwleşdirme energiýasy we ş.m.) we geometriýa (baglanyşyk burçlary, baglanyşyk uzynlygy we burulma burçlary)35 ýaly molekulýar maglumatlary gönüden-göni alyp bilerler. Mundan başga-da, elektron häsiýetleri (zarýad, HOMO we LUMO zolak aralygynyň energiýasy, elektron ýakynlygy), spektral häsiýetleri (FTIR spektrleri ýaly häsiýetli titreme režimleri we intensiwlikleri) we göwrüm häsiýetlerini (göwrüm, diffuziýa, ýapyşyklyk, modul we ş.m.)36 hasaplap bolýar.
LiNiPO4 ýokary energiýa dykyzlygy (iş wolty takmynan 5,1 V) sebäpli litium-ion batareýasynyň oňyn elektrod materiallary bilen bäsleşmekde mümkin bolan artykmaçlyklary görkezýär. LiNiPO4-iň ýokary wolty sebitde artykmaçlygyny doly peýdalanmak üçin, iş wolty peseldilmelidir, sebäbi häzirki wagtda işlenip düzülen ýokary wolty elektrolit diňe 4,8 V-dan aşak woltylarda deňeşdirme boýunça durnukly bolup biler. Çžan we beýlekiler LiNiPO4-iň Ni ýerinde ähli 3d, 4d we 5d geçiş metallarynyň lehimlenmegini öwrendiler, ajaýyp elektrohimiki görkezijileri bolan lehimleme nusgalaryny saýladylar we elektrohimiki görkezijileriniň deňeşdirme boýunça durnuklylygyny saklap, LiNiPO4-iň iş woltysyny sazladylar. Olaryň alan iň pes iş wolty Ti, Nb we Ta bilen lehimlenen LiNiPO4 üçin degişlilikde 4,21, 3,76 we 3,5037 boldy.
Şonuň üçin bu gözlegiň maksady, gaýtadan zarýadlanýan ion-ion batareýalarynda ulanylmagy üçin kwantum mehaniki hasaplamalary ulanyp, gliserolyň plastikleşdiriji hökmünde PVA/NaAlg ulgamynyň elektron häsiýetlerine, QSAR deskriptorlaryna we termal häsiýetlerine täsirini nazaryýet taýdan öwrenmekdir. PVA/NaAlg modeli bilen gliserolyň arasyndaky molekulýar özara täsirler Baderiň molekulalaryň kwantum atom teoriýasyny (QTAIM) ulanyp seljerildi.
PVA-nyň NaAlg bilen, soňra bolsa gliserin bilen özara täsirini görkezýän molekula modeli DFT ulanylyp optimizirlendi. Model Müsüriň Kair şäherindäki Milli ylmy-barlag merkeziniň Spektroskopiýa bölüminde Gaussian 0938 programma üpjünçiligi ulanylyp hasaplandy. Modeller B3LYP/6-311G(d, p) derejesinde DFT ulanylyp optimizirlendi39,40,41,42. Öwrenilen modelleriň arasyndaky özara täsiri barlamak üçin, teoriýanyň bir derejesinde geçirilen ýygylyk barlaglary optimizirlenen geometriýanyň durnuklylygyny görkezýär. Baha berlen ähli ýygylyklaryň arasynda negatiw ýygylyklaryň ýoklugy potensial energiýa ýüzündäki hakyky oňyn minimalarda çykarylan gurluşy görkezýär. TDM, HOMO/LUMO zolak aralygynyň energiýasy we MESP ýaly fiziki parametrler teoriýanyň bir kwant mehaniki derejesinde hasaplandy. Mundan başga-da, emele gelişiň soňky ýylylygy, erkin energiýa, entropiýa, entalpiýa we ýylylyk kuwwaty ýaly käbir ýylylyk parametrleri 1-nji tablisada berlen formulalar arkaly hasaplandy. Öwrenilen gurluşlaryň ýüzünde bolup geçýän özara täsirleri anyklamak üçin öwrenilen modeller molekulalardaky atomlaryň kwant teoriýasynyň (QTAIM) seljermesine sezewar edildi. Bu hasaplamalar Gaussian 09 programma kodyndaky “output=wfn” buýrugy arkaly ýerine ýetirildi we soňra Avogadro programma kodyny ulanyp wizuallaşdyryldy43.
Bu ýerde E içki energiýa, P basyş, V göwrüm, Q ulgam bilen onuň daşky gurşawynyň arasyndaky ýylylyk alyş-çalşygy, T temperatura, ΔH entalpiýanyň üýtgemegi, ΔG erkin energiýanyň üýtgemegi, ΔS entropiýanyň üýtgemegi, a we b titreme parametrleri, q atom zarýady we C atom elektron dykyzlygydyr44,45. Ahyrsoňy, şol bir gurluşlar optimizirlendi we QSAR parametrleri Müsüriň Kair şäherindäki Milli ylmy-barlag merkeziniň Spektroskopiýa bölüminde SCIGRESS programma kody46 ulanylyp PM6 derejesinde hasaplanyldy.
Öňki işimizde47, üç PVA birliginiň iki NaAlg birligi bilen özara täsirini beýan edýän iň ähtimal modeli bahalandyrdyk, gliserol bolsa plastifikator hökmünde hereket edýär. Ýokarda agzalyp geçilişi ýaly, PVA we NaAlg özara täsiri üçin iki mümkinçilik bar. 3PVA-2Na Alg (10-njy uglerod belgisine esaslanýar) we Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg diýlip atlandyrylýan iki model, garalýan beýleki gurluşlara garanyňda iň kiçi energiýa aralygy gymmatyna eýedir48. Şonuň üçin, Gly goşulmasynyň PVA/Na Alg garyndy polimeriniň iň ähtimal modeline täsiri soňky iki gurluş arkaly öwrenildi: 3PVA-(C10)2Na Alg (ýönekeýlik üçin 3PVA-2Na Alg diýlip atlandyrylýar) we Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Edebiýata görä, PVA, NaAlg we gliserol gidroksil funksional toparlaryň arasynda diňe gowşak wodorod baglanyşyklaryny emele getirip bilýär. PVA trimeri we NaAlg we gliserol dimeri birnäçe OH toparlaryny öz içine alýandygy sebäpli, bu gatnaşyk OH toparlarynyň biri arkaly amala aşyrylyp bilner. 1-nji suratda model gliserol molekulasy bilen model molekulasy 3PVA-2Na Alg arasyndaky özara täsir görkezilýär, 2-nji suratda bolsa model molekulasy Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg bilen gliserolyň dürli konsentrasiýalaryndaky özara täsiriň gurlan modeli görkezilýär.
Optimizirlenen gurluşlar: (a) Gly we 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly we (f) 5 Gly bilen özara täsirleşýär.
1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg Terminiň optimizirlenen gurluşlary (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly we (f) 6 Gly bilen özara täsirleşýär.
Elektron zolagynyň aralygynyň energiýasy islendik elektrod materialynyň reaksiýa ukybyny öwrenende göz öňünde tutulmaly möhüm parametrdir. Sebäbi ol material daşarky üýtgeşmelere sezewar bolanda elektronlaryň özüni alyp barşyny beýan edýär. Şonuň üçin, öwrenilen ähli gurluşlar üçin HOMO/LUMO-nyň elektron zolagynyň aralygynyň energiýalaryny kesgitlemek zerurdyr. 2-nji tablisada gliserol goşulmagy sebäpli 3PVA-(C10)2Na Alg we Term 1Na Alg − 3PVA- Orta 1Na Alg-nyň HOMO/LUMO energiýalaryndaky üýtgeşmeler görkezilýär. 47-nji salgyda görkezilen maglumatlara görä, 3PVA-(C10)2Na Alg-nyň Eg gymmaty 0,2908 eV, ikinji özara täsiriň ähtimallygyny görkezýän gurluşyň Eg gymmaty bolsa (ýagny Term 1Na Alg − 3PVA- Orta 1Na Alg) 0,5706 eV-dir.
Şeýle-de bolsa, gliserolyň goşulmagynyň 3PVA-(C10)2Na Alg-nyň Eg gymmatynda azajyk üýtgeme getirýändigi anyklandy. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 we 5 gliserol birlikleri bilen özara täsirleşende, onuň Eg gymmatlyklary degişlilikde 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 we 0,281 eV boldy. Şeýle-de bolsa, 3 gliserol birligi goşulandan soň, Eg gymmatynyň 3PVA-(C10)2Na Alg-nyňkydan kiçi bolandygy barada gymmatly düşünje bar. 3PVA-(C10)2Na Alg-nyň bäş gliserol birligi bilen özara täsirini görkezýän model iň ähtimal özara täsir modelidir. Bu, gliserol birlikleriniň sany artdygyça, özara täsirleşme ähtimallygynyň hem artýandygyny aňladýar.
Şol bir wagtyň özünde, özara täsirleşme ähtimallygynyň ikinjisi üçin, 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 we Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly-ni görkezýän model molekulalarynyň HOMO/LUMO energiýalary degişlilikde 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 we 0.496 eV bolýar. 2-nji tablisa ähli gurluşlar üçin hasaplanan HOMO/LUMO zolak aralygynyň energiýalaryny görkezýär. Mundan başga-da, birinji toparyň özara täsirleşme ähtimallyklarynyň şol bir hereketi bu ýerde gaýtalanýar.
Gaty jisim fizikasyndaky zolak teoriýasy elektrod materialynyň zolak aralygy azalan wagty materialyň elektron geçirijiliginiň artýandygyny aýdýar. Doping natriý-ion katod materiallarynyň zolak aralygyny azaltmagyň umumy usulydyr. Jiang we beýlekiler β-NaMnO2 gatlakly materiallarynyň elektron geçirijiligini gowulandyrmak üçin Cu dopingini ulandylar. DFT hasaplamalaryny ulanyp, olar dopingiň materialyň zolak aralygyny 0,7 eV-den 0,3 eV-e çenli azaltdygyny anykladylar. Bu, Cu dopinginiň β-NaMnO2 materialynyň elektron geçirijiligini gowulandyrýandygyny görkezýär.
MESP molekulýar zarýad paýlanyşy bilen ýeke-täk oňyn zarýadyň arasyndaky özara täsir energiýasy hökmünde kesgitlenýär. MESP himiki häsiýetleri we reaksiýa ukyplylygy düşünmek we düşündirmek üçin netijeli gural hasaplanýar. MESP polimer materiallaryň arasyndaky özara täsirleriň mehanizmlerini düşünmek üçin ulanylyp bilner. MESP öwrenilýän birleşmäniň içinde zarýad paýlanyşyny beýan edýär. Mundan başga-da, MESP öwrenilýän materiallardaky işjeň merkezler barada maglumat berýär32. 3-nji suratda B3LYP/6-311G(d, p) teoriýa derejesinde çaklanylýan 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly we 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly-niň MESP grafikleri görkezilýär.
(a) Gly we (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly we (f) 5 Gly bilen özara täsirleşýän 3PVA − 2Na Alg üçin B3LYP/6-311 g(d, p) bilen hasaplanan MESP konturlary.
Şol bir wagtyň özünde, 4-nji suratda degişlilikde 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 we Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly üçin MESP-niň hasaplanan netijeleri görkezilýär. Hasaplanan MESP kontur häsiýeti hökmünde görkezilýär. Kontur çyzyklary dürli reňkler bilen görkezilýär. Her reňk dürli elektronegatiwlik gymmatyny görkezýär. Gyzyl reňk ýokary elektronegatiw ýa-da reaksiýa beriji ýerleri görkezýär. Şol bir wagtyň özünde, sary reňk gurluşdaky 49, 50, 51 neýtral ýerleri görkezýär. MESP netijeleri 3PVA-(C10)2Na Alg-nyň reaksiýa ukybynyň öwrenilen modelleriň töwereginde gyzyl reňkiň artmagy bilen ýokarlanandygyny görkezdi. Şol bir wagtyň özünde, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg model molekulasynyň MESP kartasyndaky gyzyl reňkiň intensiwligi dürli gliserin düzümi bilen özara täsirleşmegi sebäpli azalýar. Teklip edilýän gurluşyň töwereginde gyzyl reňk paýlanyşynyň üýtgemegi reaksiýa ukyby görkezýär, intensiwligiň artmagy bolsa gliserin düzüminiň artmagy sebäpli 3PVA-(C10)2Na Alg model molekulasynyň elektronegasiýa ukybynyň artandygyny tassyklaýar.
B3LYP/6-311 g(d, p) hasaplanan MESP 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg-nyň (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly we (f) 6 Gly bilen özara täsirleşýän möhleti.
Teklip edilýän ähli gurluşlaryň entalpiýa, entropiýa, ýylylyk kuwwaty, erkin energiýa we emele gelme ýylylygy ýaly termal parametrleri 200 K-den 500 K-e çenli dürli temperaturalarda hasaplanýar. Fiziki ulgamlaryň özüni alyp barşyny beýan etmek üçin, olaryň elektron özüni alyp barşyny öwrenmekden başga-da, olaryň biri-biri bilen özara täsirleşmegi sebäpli temperatura funksiýasy hökmünde termal özüni alyp barşyny öwrenmek hem zerurdyr, muny 1-nji tablisada berlen deňlemeler arkaly hasaplap bolýar. Bu termal parametrleri öwrenmek şeýle fiziki ulgamlaryň dürli temperaturalarda jogap bermeginiň we durnuklylygynyň möhüm görkezijisi hasaplanýar.
PVA trimeriniň entalpiýasyna gelende bolsa, ol ilki NaAlg dimeri bilen, soňra uglerod atomy #10-a birikdirilen OH topary arkaly we ahyrsoňy gliserin bilen reaksiýa girýär. Entalpiýa termodinamik ulgamdaky energiýanyň ölçegidir. Entalpiýa ulgamdaky umumy ýylylyga deňdir, ol ulgamyň içki energiýasyna we onuň göwrüminiň we basyşynyň köpeltmesine deňdir. Başgaça aýdylanda, entalpiýa maddanyň näçe ýylylyk we iş goşulýandygyny ýa-da aýrylýandygyny görkezýär52.
5-nji suratda 3PVA-(C10)2Na Alg-nyň dürli gliserin konsentrasiýalary bilen reaksiýa wagtyndaky entalpiýanyň üýtgemeleri görkezilýär. A0, A1, A2, A3, A4 we A5 gysgaltmalary degişlilikde 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 we 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly model molekulalaryny aňladýar. 5a suratda temperatura we gliserin mukdarynyň ýokarlanmagy bilen entalpiýanyň artýandygy görkezilýär. 200 K-de 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (ýagny A5)-i görkezýän gurluşyň entalpiýasynyň bahasy 27.966 kal/mol, 200 K-de 3PVA-2NaAlg-i görkezýän gurluşyň entalpiýasynyň bahasy bolsa 13.490 kal/mol. Ahyrsoňy, entalpiýa oňyn bolany üçin, bu reaksiýa endotermikdir.
Entropiýa ýapyk termodinamik ulgamda elýeterli bolmadyk energiýanyň ölçegi hökmünde kesgitlenýär we köplenç ulgamyň bozulmagynyň ölçegi hökmünde kabul edilýär. 5b-nji suratda 3PVA-(C10)2NaAlg-nyň entropiýasynyň temperatura bilen üýtgemegi we onuň dürli gliserin birlikleri bilen nähili täsirleşýändigi görkezilýär. Grafik temperatura 200 K-den 500 K-e çenli ýokarlananda entropiýanyň çyzykly üýtgeýändigini görkezýär. 5b-nji suratda 3PVA-(C10)2Na Alg modeliniň entropiýasynyň 200 K-de 200 kal/K/mol-a meýillidigi aýdyň görkezilýär, sebäbi 3PVA-(C10)2Na Alg modeli has az tor bozulmasyny görkezýär. Temperatura ýokarlananda, 3PVA-(C10)2Na Alg modeli bozulmaga uçraýar we temperatura ýokarlananda entropiýanyň artmagyny düşündirýär. Mundan başga-da, 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly-nyň gurluşynyň iň ýokary entropiýa gymmatyna eýedigi aýdyňdyr.
Şol bir ýagdaý 5c-nji suratda hem syn edilýär, ol temperatura bilen ýylylyk kuwwatynyň üýtgemegini görkezýär. Ýylylyk kuwwaty - belli bir mukdardaky maddanyň temperaturasyny 1 °C47 üýtgetmek üçin gerek bolan ýylylyk mukdarydyr. 5c-nji suratda 1, 2, 3, 4 we 5 gliserin birlikleri bilen özara täsirleşmek netijesinde 3PVA-(C10)2NaAlg model molekulasynyň ýylylyk kuwwatynyň üýtgemegi görkezilýär. Suratda 3PVA-(C10)2NaAlg modeliniň ýylylyk kuwwatynyň temperatura bilen bir çyzykly artýandygy görkezilýär. Temperaturanyň ýokarlanmagy bilen ýylylyk kuwwatynyň ýokarlanmagynyň fonon termal titreşmeleri bilen baglanyşyklydygy aýdylýar. Mundan başga-da, gliserin mukdarynyň ýokarlanmagynyň 3PVA-(C10)2NaAlg modeliniň ýylylyk kuwwatynyň ýokarlanmagyna getirýändigi barada subutnamalar bar. Mundan başga-da, gurluş 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly-niň beýleki gurluşlara garanyňda iň ýokary ýylylyk kuwwaty gymmatyna eýedigini görkezýär.
Öwrenilen gurluşlar üçin erkin energiýa we emele gelişiň soňky ýylylygy ýaly beýleki parametrler hasaplandy we degişlilikde 5d we e suratlarynda görkezilen. Formalaşmagyň soňky ýylylygy, arassa maddanyň düzüm böleklerinden hemişelik basyş astynda emele gelmegi wagtynda bölünip çykýan ýa-da siňdirilýän ýylylykdyr. Erkin energiýa energiýa meňzeş häsiýet hökmünde kesgitlenip bilner, ýagny onuň bahasy her bir termodinamik ýagdaýda maddanyň mukdaryna baglydyr. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly-niň erkin energiýasy we emele geliş ýylylygy iň pes bolup, degişlilikde -1318.338 we -1628.154 kkal/mol boldy. Tersine, 3PVA-(C10)2NaAlg-y görkezýän gurluş beýleki gurluşlara garanyňda iň ýokary erkin energiýa we emele geliş ýylylygy gymmatlyklaryna -690.340 we -830.673 kkal/mol deňdir. 5-nji suratda görkezilişi ýaly, gliserin bilen özara täsirleşmek sebäpli dürli ýylylyk häsiýetleri üýtgeýär. Gibbsiň erkin energiýasy negatiwdir, bu bolsa teklip edilýän gurluşyň durnuklydygyny görkezýär.
PM6 arassa 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) we 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (model A5)-iň termal parametrlerini hasaplady, bu ýerde (a) entalpiýa, (b) entropiýa, (c) ýylylyk kuwwaty, (d) erkin energiýa we (e) emele gelme ýylylygydyr.
Beýleki tarapdan, PVA trimeri bilen dimer NaAlg arasyndaky ikinji özara täsirleşme režimi PVA trimer gurluşyndaky terminal we orta OH toparlarynda ýüze çykýar. Birinji topardaky ýaly, termal parametrler şol bir derejeli teoriýa ulanylyp hasaplandy. 6a-e suratda entalpiýanyň, entropiýanyň, ýylylyk kuwwatynyň, erkin energiýanyň we ahyrsoňy emele gelme ýylylygynyň üýtgemeleri görkezilýär. 6a-c suratlarda Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg-nyň entalpiýasynyň, entropiýasynyň we ýylylyk kuwwatynyň 1, 2, 3, 4, 5 we 6 gliserin birlikleri bilen özara täsirleşende birinji topar bilen birmeňzeş hereket edýändigi görkezilýär. Mundan başga-da, olaryň gymmatlyklary temperatura ýokarlanmagy bilen kem-kemden ýokarlanýar. Mundan başga-da, teklip edilýän Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg modelinde entalpiýa, entropiýa we ýylylyk kuwwaty gymmatlyklary gliserin mukdarynyň ýokarlanmagy bilen ýokarlandy. B0, B1, B2, B3, B4, B5 we B6 gysgaltmalary degişlilikde aşakdaky gurluşlary aňladýar: 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 we Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. 6a–c suratda görkezilişi ýaly, gliserin birlikleriniň sany 1-den 6-a çenli artanda entalpiýanyň, entropiýanyň we ýylylyk kuwwatynyň gymmatlyklarynyň artýandygy aýdyňdyr.
PM6 arassa Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (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), 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) we Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (model B6) termal parametrlerini hasaplady, şol sanda (a) entalpiýa, (b) entropiýa, (c) ýylylyk kuwwaty, (d) erkin energiýa we (e) emele gelme ýylylygy.
Mundan başga-da, 1-nji döwür Na Alg-3PVA- Orta 1 Na Alg-6 Gly-ni görkezýän gurluş beýleki gurluşlar bilen deňeşdirilende entalpiýanyň, entropiýanyň we ýylylyk kuwwatynyň iň ýokary gymmatlyklaryna eýedir. Olaryň arasynda, olaryň gymmatlyklary 1-nji döwür Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg-da degişlilikde 16.703 kal/mol, 257.990 kal/mol/K we 131.323 kkal/mol-dan 1-nji döwür Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly-da degişlilikde 33.223 kal/mol, 420.038 kal/mol/K we 275.923 kkal/mol-a çenli ýokarlandy.
Şeýle-de bolsa, 6d we e suratlarynda erkin energiýanyň we emele gelişiň soňky ýylylygynyň (HF) temperatura baglylygy görkezilýär. HF tebigy we standart şertlerde bir mol maddanyň elementlerinden emele gelende ýüze çykýan entalpiýa üýtgemesi hökmünde kesgitlenip bilner. Suratdan ähli öwrenilen gurluşlaryň erkin energiýasynyň we emele gelişiň soňky ýylylygynyň temperaturadan çyzykly baglylygyny, ýagny temperatura ýokarlananda olaryň ýuwaş-ýuwaşdan we çyzykly ýagdaýda artýandygyny görmek bolýar. Mundan başga-da, surat 1-nji Term Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly-ni görkezýän gurluşyň iň pes erkin energiýa we iň pes HF-e eýedigini hem tassyklady. Iki parametr hem 1 Na Alg − 3PVA- Orta 1 Na Alg − 6 Gly termininde -758.337-den -899.741 K kal/mol-a çenli peseldi. Netijelerden görünýän ýaly, gliserin birlikleriniň köpelmegi bilen HF azalýar. Bu, funksional toparlaryň köpelmegi sebäpli reaksiýa ukyplylygyň hem artýandygyny we şonuň üçin reaksiýany amala aşyrmak üçin az energiýanyň gerekdigini aňladýar. Bu, plastikleşdirilen PVA/NaAlg-nyň ýokary reaksiýa ukyplylygy sebäpli batareýalarda ulanylyp bilinjekdigini tassyklaýar.
Umuman alanyňda, temperatura täsirleri iki görnüşe bölünýär: pes temperatura täsirleri we ýokary temperatura täsirleri. Pes temperatura täsirleri, esasan, Grenlandiýa, Kanada we Russiýa ýaly ýokary giňişliklerde ýerleşýän ýurtlarda duýulýar. Gyşda bu ýerlerde daşarky howanyň temperaturasy Selsiý boýunça nol gradusdan has aşak bolýar. Litiý-ion batareýalarynyň ömrüne we işine pes temperatura, esasanam elektrik ulaglarynda, arassa elektrik ulaglarynda we gibrid elektrik ulaglarynda ulanylýanlaryna täsir edip biler. Kosmos syýahaty litium-ion batareýalaryny talap edýän başga bir sowuk gurşawdyr. Mysal üçin, Marsda temperatura -120 gradus Selsiý çenli düşüp biler, bu bolsa kosmos gämilerinde litium-ion batareýalarynyň ulanylmagyna uly päsgelçilik döredýär. Pes iş temperaturasy litium-ion batareýalarynyň zarýad geçiş tizliginiň we himiki reaksiýa işjeňliginiň peselmegine getirip biler, bu bolsa elektrodyň içinde litium ionlarynyň diffuziýa tizliginiň we elektrolitde ion geçirijiliginiň peselmegine getirýär. Bu dargama energiýa kuwwatynyň we kuwwatynyň peselmegine, käwagt bolsa hatda öndürijiligiň peselmegine getirýär53.
Ýokary temperatura täsiri ýokary we pes temperatura şertlerini öz içine alýan has giň ulanyş gurşawlarynda ýüze çykýar, pes temperatura täsiri bolsa esasan pes temperatura ulanmak gurşawlary bilen çäklenýär. Pes temperatura täsiri, esasan, daşky gurşawyň temperaturasy bilen kesgitlenýär, ýokary temperatura täsiri bolsa, adatça, iş wagtynda litium-ion batareýasynyň içindäki ýokary temperatura bilen has takyk baglanyşyklydyr.
Litiý-ion batareýalary ýokary tok şertlerinde (çalt zarýad bermek we çalt boşaltmak bilen birlikde) ýylylyk öndürýär, bu bolsa içki temperaturanyň ýokarlanmagyna sebäp bolýar. Ýokary temperatura täsir etmek batareýanyň işiniň pese gaçmagyna, şol sanda kuwwatyň we güýjüň ýitmegine sebäp bolup biler. Adatça, litiumyň ýitmegi we ýokary temperaturada işjeň materiallaryň dikeldilmegi kuwwatlylygyň ýitmegine getirýär we kuwwatlylygyň ýitmegi içki garşylygyň ýokarlanmagy bilen baglanyşyklydyr. Eger temperatura gözegçilikden çyksa, termal gaçyş ýüze çykýar, bu bolsa käbir ýagdaýlarda öz-özünden ýanmaga ýa-da hatda partlamaga sebäp bolup biler.
QSAR hasaplamalary biologiki işjeňlik bilen birleşmeleriň gurluş häsiýetleriniň arasyndaky gatnaşyklary kesgitlemek üçin ulanylýan hasaplama ýa-da matematiki modelirleme usulydyr. Ähli dizaýn edilen molekulalar optimizirlendi we käbir QSAR häsiýetleri PM6 derejesinde hasaplandy. 3-nji tablisada hasaplanan QSAR deskriptorlarynyň käbiri sanalýar. Şeýle deskriptorlaryň mysallary zarýad, TDM, umumy energiýa (E), ionlaşma potensialy (IP), Log P we polýarizasiýadyr (IP we Log P kesgitlemek üçin formulalar üçin 1-nji tablisa serediň).
Hasaplama netijeleri, öwrenilen gurluşlaryň ählisiniň umumy zarýadynyň nola deňdigini görkezýär, sebäbi olar esasy ýagdaýda. Ilkinji özara täsirleşme ähtimallygy üçin, 3PVA-(C10) 2Na Alg üçin gliserolyň TDM-i 2,788 Debye we 6,840 Debye boldy, 3PVA-(C10) 2Na Alg bolsa degişlilikde 1, 2, 3, 4 we 5 birlik gliserol bilen özara täsirleşende, TDM gymmatlyklary 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye we 12,779 Debye çenli ýokarlandyryldy. TDM gymmaty näçe ýokary bolsa, onuň daşky gurşaw bilen reaksiýasy şonça ýokary bolar.
Umumy energiýa (E) hem hasaplandy we gliserolyň we 3PVA-(C10)2 NaAlg-yň E gymmatlyklary degişlilikde -141.833 eV we -200092.503 eV bolandygy anyklandy. Şol bir wagtyň özünde, 3PVA-(C10)2 NaAlg-y görkezýän gurluşlar 1, 2, 3, 4 we 5 gliserol birlikleri bilen özara täsirleşýär; E degişlilikde -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 we -1548.031 eV bolýar. Gliserolyň mukdarynyň artmagy umumy energiýanyň azalmagyna we şonuň üçin reaksiýanyň ýokarlanmagyna getirýär. Umumy energiýa hasaplamasyna esaslanyp, 3PVA-2Na Alg-5 Gly bolan model molekulasynyň beýleki model molekulalaryndan has reaksiýalydygy anyklandy. Bu hadysa olaryň gurluşy bilen baglanyşyklydyr. 3PVA-(C10)2NaAlg diňe iki -COONa toparyny öz içine alýar, beýleki gurluşlar bolsa iki -COONa toparyny öz içine alýar, ýöne birnäçe OH toparyny öz içine alýar, bu bolsa olaryň daşky gurşawa reaksiýa ukybynyň ýokarlanýandygyny aňladýar.
Mundan başga-da, bu gözlegde ähli gurluşlaryň ionlaşma energiýalary (IE) göz öňünde tutulýar. Ionlaşma energiýasy öwrenilýän modeliň reaktiwligini ölçemek üçin möhüm parametrdir. Elektrony molekulanyň bir nokadyndan çäksizlige geçirmek üçin zerur bolan energiýa ionlaşma energiýasy diýilýär. Ol molekulanyň ionlaşma derejesini (ýagny reaktiwligini) görkezýär. Ionlaşma energiýasy näçe ýokary bolsa, reaktiwligi şonça-da pes. 3PVA-(C10)2NaAlg-yň 1, 2, 3, 4 we 5 gliserin birlikleri bilen özara täsirleşmeginiň IE netijeleri degişlilikde -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 we -9.323 eV boldy, gliserin we 3PVA-(C10)2NaAlg-yň IE-leri bolsa degişlilikde -5.157 we -9.341 eV boldy. Gliserolyň goşulmagy IP gymmatynyň peselmegine getirýändigi sebäpli, molekulýar reaksiýa ýokarlandy, bu bolsa elektrohimiki enjamlarda PVA/NaAlg/gliserol model molekulasynyň ulanylmagyny güýçlendirýär.
3-nji tablisadaky bäşinji deskriptor Log P bolup, ol bölüniş koeffisiýentiniň logarifmidir we öwrenilýän gurluşyň gidrofil ýa-da gidrofobdygyny suratlandyrmak üçin ulanylýar. Negatiw Log P gymmaty gidrofil molekulany görkezýär, ýagny onuň suwda aňsat ereýändigini we organiki erginlerde erbet ereýändigini aňladýar. Oňyn gymmat bolsa tersine prosesi görkezýär.
Alnan netijelere esaslanyp, ähli gurluşlaryň gidrofildigi barada netije çykarmak bolýar, sebäbi olaryň Log P gymmatlyklary (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly we 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) degişlilikde -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 we -8.504, gliserolyň Log P gymmaty bolsa diňe -1.081 we 3PVA-(C10)2Na Alg diňe -3.100. Bu, öwrenilýän gurluşyň häsiýetleriniň suw molekulalary onuň gurluşyna goşulansoň üýtgejekdigini aňladýar.
Ahyrsoňy, ähli gurluşlaryň polýarizasiýa ukyby hem PM6 derejesinde ýarym empirik usul arkaly hasaplanýar. Öň ​​köp materiallaryň polýarizasiýa ukybynyň dürli faktorlara baglydygy bellenildi. Iň möhüm faktor öwrenilýän gurluşyň göwrümidir. 3PVA we 2NaAlg arasyndaky birinji görnüşli özara täsiri öz içine alýan ähli gurluşlar üçin (özara täsir 10-njy uglerod atomy arkaly bolýar), polýarizasiýa gliserol goşmak bilen gowulanýar. Polýarizasiýa 1, 2, 3, 4 we 5 gliserol birlikleri bilen özara täsirleşmek sebäpli 29.690 Å-den 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 we 54.638 Å-e çenli ýokarlanýar. Şeýlelik bilen, iň ýokary polýarizasiýa ukyby bolan model molekulasynyň 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, iň pes polýarizasiýa ukyby bolan model molekulasynyň bolsa 29.690 Å bolan 3PVA-(C10)2NaAlg bolandygy anyklandy.
QSAR deskriptorlarynyň bahalandyrmasy, 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly-ni görkezýän gurluşyň ilkinji teklip edilýän özara täsirleşme üçin iň reaksiýa berijidigini görkezdi.
PVA trimeri bilen NaAlg dimeriniň arasyndaky ikinji özara täsirleşme režimi üçin netijeler olaryň zarýadlarynyň öňki bölümde birinji özara täsirleşme üçin teklip edilen zarýadlara meňzeşdigini görkezýär. Ähli gurluşlaryň elektron zarýady nol, bu bolsa olaryň hemmesiniň esasy ýagdaýdadygyny aňladýar.
4-nji tablisada görkezilişi ýaly, Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg-nyň TDM gymmatlyklary (PM6 derejesinde hasaplanan) Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 we 6 birlik gliserin bilen reaksiýa girende 11.581 Debye-den 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 we 15.756-a çenli ýokarlandy. Şeýle-de bolsa, umumy energiýa gliserin birlikleriniň sanynyň artmagy bilen azalýar we 1-nji Term Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg belli bir sanda gliserin birlikleri bilen (1-den 6-a çenli) özara täsirleşende, umumy energiýa degişlilikde − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 we − 1637.432 eV bolýar.
Ikinji özara täsirleşme ähtimallygy üçin IP, Log P we polýarizasiýa hem PM6 teoriýa derejesinde hasaplanýar. Şonuň üçin olar molekulýar reaksiýalygyň iň güýçli üç diskriptoryny göz öňünde tutdular. 1, 2, 3, 4, 5 we 6 gliserin birlikleri bilen özara täsirleşýän 1-nji Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-ny görkezýän gurluşlar üçin IP −9.385 eV-den −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 we −8.900 eV-e çenli ýokarlanýar. Şeýle-de bolsa, 1-nji Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-nyň gliserin bilen plastikleşdirilmegi sebäpli hasaplanan Log P gymmaty has pes boldy. Gliserolyň mukdary 1-den 6-a çenli ýokarlananda, onuň gymmatlyklary -3.643-iň ýerine -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 we -10.53 bolýar. Ahyrsoňy, polýarizasiýa maglumatlary gliserolyň mukdarynyň ýokarlanmagynyň Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-iň polýarizasiýa ukybynyň ýokarlanmagyna getirýändigini görkezdi. Model molekula Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-iň polýarizasiýa ukyby 6 gliserol birligi bilen özara täsirleşenden soň 31.703 Å-den 63.198 Å-e çenli ýokarlandy. Ikinji özara täsirleşme ähtimallygynda gliserol birlikleriniň sanynyň köpeldilmegi, atomlaryň sanynyň köp bolmagyna we çylşyrymly gurluşa garamazdan, gliserolyň mukdarynyň ýokarlanmagy bilen öndürijiligiň henizem gowulaşýandygyny tassyklamak üçin amala aşyrylýandygyny bellemek möhümdir. Şeýlelik bilen, elýeterli PVA/Na Alg/gliserin modeliniň litium-ion batareýalarynyň ornuny bölekleýin tutup biljekdigini aýtmak bolar, ýöne has köp ylmy-barlag we işläp taýýarlamalar gerek.
Adsorbat bilen ýüziň baglanyş ukybyny häsiýetlendirmek we ulgamlaryň arasyndaky özboluşly özara täsirleri bahalandyrmak üçin islendik iki atomyň arasynda bar bolan baglanyşygyň görnüşi, molekulalarara we molekulalar içindäki özara täsirleriň çylşyrymlylygy, şeýle hem ýüziň we adsorbentiň elektron dykyzlygynyň paýlanyşy barada bilim gerek. Özara täsir edýän atomlaryň arasyndaky baglanyşyk kritiki nokadyndaky (BCP) elektron dykyzlygy QTAIM analizinde baglanyşygyň güýjüni bahalandyrmak üçin örän möhümdir. Elektron zarýadynyň dykyzlygy näçe ýokary bolsa, kowalent özara täsir şonça-da durnukly bolýar we umuman, bu kritiki nokatlarda elektron dykyzlygy şonça-da ýokary bolýar. Mundan başga-da, umumy elektron energiýa dykyzlygy (H(r)) we Laplas zarýadynyň dykyzlygy (∇2ρ(r)) 0-dan az bolsa, bu kowalent (umumy) özara täsirleriň bardygyny görkezýär. Beýleki tarapdan, ∇2ρ(r) we H(r) 0,54-den uly bolanda, bu gowşak wodorod baglanyşyklary, wan der Waals güýçleri we elektrostatik özara täsirler ýaly kowalent däl (ýapyk gabykly) özara täsirleriň bardygyny görkezýär. QTAIM seljermesi 7-nji we 8-nji suratlarda görkezilişi ýaly, öwrenilen gurluşlardaky kowalent däl özara täsirleriň tebigatyny ýüze çykardy. Seljerme esasynda, 3PVA − 2Na Alg we Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg-ny görkezýän model molekulalary dürli glisin birlikleri bilen özara täsirleşýän molekulalardan has ýokary durnuklylyk görkezdi. Sebäbi elektrostatik özara täsirler we wodorod baglanyşyklary ýaly alginat gurluşynda has köp ýaýran birnäçe kowalent däl özara täsirler alginatyň kompozitleri durnuklaşdyrmaga mümkinçilik berýär. Mundan başga-da, biziň netijelerimiz 3PVA − 2Na Alg we Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg model molekulalary bilen glisiniň arasyndaky kowalent däl özara täsirleriň möhümdigini görkezýär, bu bolsa glisiniň kompozitleriň umumy elektron gurşawyny üýtgetmekde möhüm rol oýnaýandygyny görkezýär.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly we (f) 5Gly bilen özara täsirleşýän 3PVA − 2NaAlg model molekulasynyň QTAIM analizi.