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प्रचुर मात्रा म॑ सोडियम संसाधन के कारण सोडियम-आयन बैटरी (एनआईबी) विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण लेली एगो आशाजनक वैकल्पिक समाधान के प्रतिनिधित्व करै छै । वर्तमान मे एनआईबी तकनीक कें विकास मे मुख्य बाधा इलेक्ट्रोड सामग्री कें कमी छै जे सोडियम आयन कें रिवर्सिबल रूप सं लंबा समय तइक संग्रहीत/रिलीज कयर सकय छै. अतः ई अध्ययन के उद्देश्य एनआईबी इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप म॑ पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए) आरू सोडियम एल्गिनेट (NaAlg) मिश्रण प॑ ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ऽ के प्रभाव के सैद्धांतिक रूप स॑ जांच करना छै । ई अध्ययन पीवीए, सोडियम एल्गिनेट, आरू ग्लिसरॉल मिश्रण प॑ आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स केरऽ इलेक्ट्रॉनिक, थर्मल, आरू मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध (क्यूएसएआर) वर्णनकर्ता प॑ केंद्रित छै । ई गुणऽ के जांच अर्ध-अनुभवात्मक विधि आरू घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) के उपयोग करी क॑ करलऽ जाय छै । चूँकि संरचनात्मक विश्लेषण स॑ पीवीए/एल्जिनेट आरू ग्लिसरॉल के बीच के अंतःक्रिया के विवरण सामने ऐलै, ई लेली बैंड गैप ऊर्जा (जैसे) के जांच करलऽ गेलै । परिणाम बताबै छै कि ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ला स॑ Eg मान म॑ कमी ​​आबी क॑ 0.2814 eV होय जाय छै । आणविक इलेक्ट्रोस्टैटिक पोटेंशियल सतह (MESP) पूरा इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम म॑ इलेक्ट्रॉन-समृद्ध आरू इलेक्ट्रॉन-गरीब क्षेत्र आरू आणविक आवेश के वितरण क॑ दर्शाबै छै । अध्ययन करलऽ गेलऽ तापीय पैरामीटर म॑ एन्थाल्पी (H), एन्ट्रोपी (ΔS), ताप क्षमता (Cp), गिब्स मुक्त ऊर्जा (G) आरू गठन केरऽ ताप शामिल छै । एकरऽ अलावा, ई अध्ययन म॑ कई मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध (क्यूएसएआर) वर्णनकर्ता जैना कि कुल द्विध्रुवीय क्षण (टीडीएम), कुल ऊर्जा (ई), आयनीकरण विभव (आईपी), लॉग पी आरू ध्रुवीकरण क्षमता के जांच करलऽ गेलऽ छेलै । परिणाम स॑ पता चललै कि तापमान आरू ग्लिसरॉल केरऽ मात्रा बढ़ला के साथ एच, ΔS, Cp, G आरू TDM बढ़ी गेलऽ छै । एम्हर गठन, आईपी आ ई के गर्मी में कमी आयल, जाहि सं अभिक्रियाशीलता आ ध्रुवीकरण क्षमता में सुधार भेल. एकरऽ अलावा ग्लिसरॉल डालला स॑ कोशिका वोल्टेज २.४८८ वी तलक बढ़ी गेलै ।लागत प्रभावी पीवीए/एनए एल्जी ग्लिसरॉल आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स के आधार प॑ डीएफटी आरू पीएम६ गणना स॑ पता चलै छै कि ई लिथियम-आयन बैटरी क॑ ओकरऽ बहुकार्यक्षमता के कारण आंशिक रूप स॑ बदली सकै छै, लेकिन एकरा आरू सुधार आरू शोध के जरूरत छै ।
यद्यपि लिथियम-आयन बैटरी (LIB) कें व्यापक रूप सं उपयोग कैल जायत छै, लेकिन एकर छोट चक्र जीवन, उच्च लागत, आ सुरक्षा कें चिंता कें कारण एकर अनुप्रयोग कें बहुत सीमाक कें सामना करय पड़य छै. सोडियम-आयन बैटरी (एसआईबी) सोडियम तत्व कें व्यापक उपलब्धता, कम लागत आ गैर-विषाक्तता कें कारण एलआईबी कें व्यवहार्य विकल्प बनि सकय छै. सोडियम-आयन बैटरी (एसआईबी) विद्युत रासायनिक उपकरणक कें लेल एकटा तेजी सं महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण प्रणाली बन रहल छै1. सोडियम-आयन बैटरी आयन परिवहन कें सुविधा आ विद्युत धारा उत्पन्न करय कें लेल इलेक्ट्रोलाइट्स पर बेसि निर्भर छै2,3. तरल इलेक्ट्रोलाइट मुख्य रूप स॑ धातु के लवण आरू कार्बनिक विलायक स॑ बनलऽ होय छै । व्यावहारिक अनुप्रयोगक कें लेल तरल इलेक्ट्रोलाइट्स कें सुरक्षा पर सावधानीपूर्वक विचार करनाय आवश्यक छै, खासकर जखन बैटरी तापीय या विद्युत तनाव कें अधीन होयत छै4.
सोडियम-आयन बैटरी (एसआईबी) केरऽ प्रचुर समुद्री भंडार, गैर-विषाक्तता, आरू कम सामग्री लागत के कारण निकट भविष्य म॑ लिथियम-आयन बैटरी के जगह लेबै के उम्मीद छै । नैनोमटेरियल के संश्लेषण स॑ डाटा स्टोरेज, इलेक्ट्रॉनिक, आरू ऑप्टिकल डिवाइस के विकास म॑ तेजी आबी गेलऽ छै । साहित्य केरऽ एगो बड़ऽ निकाय न॑ सोडियम-आयन बैटरी म॑ विभिन्न नैनोस्ट्रक्चर (जैना, धातु ऑक्साइड, ग्राफीन, नैनोट्यूब, आरू फुलरीन) केरऽ अनुप्रयोग के प्रदर्शन करलकै । शोध सोडियम-आयन बैटरी लेली बहुलक सहित एनोड सामग्री के विकास प॑ केंद्रित छै, जेकरऽ कारण छै कि ओकरऽ बहुमुखी प्रतिभा आरू पर्यावरण के अनुकूल होय छै । रिचार्जेबल पॉलिमर बैटरी के क्षेत्र में शोध के रुचि निस्संदेह बढ़त। अद्वितीय संरचना आ गुण वाला नवीन बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री पर्यावरण कें अनुकूल ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी कें रास्ता खोलय कें संभावना छै. हालांकि सोडियम-आयन बैटरी म॑ उपयोग लेली विभिन्न बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री के खोज करलऽ गेलऽ छै, लेकिन ई क्षेत्र अभी भी विकास केरऽ प्रारंभिक चरण म॑ छै । सोडियम-आयन बैटरी कें लेल, अलग-अलग संरचनात्मक विन्यास वाला अधिक बहुलक सामग्री कें खोज करय कें जरूरत छै. बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री म॑ सोडियम आयन केरऽ भंडारण तंत्र के बारे म॑ हमरऽ वर्तमान ज्ञान के आधार प॑ ई परिकल्पना करलऽ जाब॑ सकै छै कि संयुग्मित प्रणाली म॑ कार्बोनाइल समूह, मुक्त कण आरू हेटरोएटम सोडियम आयन के साथ बातचीत लेली सक्रिय स्थल के रूप म॑ काम करी सकै छै । अतः ई सक्रिय स्थलऽ के उच्च घनत्व वाला नया बहुलक के विकास करना बहुत जरूरी छै । जेल बहुलक इलेक्ट्रोलाइट (जीपीई) एकटा वैकल्पिक तकनीक छै जे बैटरी कें विश्वसनीयता, आयन चालकता, कोनों रिसाव, उच्च लचीलापन, आ नीक प्रदर्शन मे सुधार करय छै12.
बहुलक मैट्रिक्स मे पीवीए आ पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (पीईओ)13 जैना सामग्री शामिल छै. जेल पारगम्य बहुलक (जीपीई) बहुलक मैट्रिक्स मे तरल इलेक्ट्रोलाइट कें स्थिर करयत छै, जे व्यावसायिक विभाजक कें तुलना मे रिसाव कें जोखिम कें कम करयत छै14. पीवीए एकटा सिंथेटिक जैव अपघटनीय बहुलक छै. एकरऽ परमिटिविटी अधिक होय छै, सस्ता आरू गैर-विषाक्त होय छै । ई सामग्री अपनऽ फिल्म बनाबै वाला गुण, रासायनिक स्थिरता आरू आसंजन लेली जानलऽ जाय छै । एकरा म॑ कार्यात्मक (OH) समूह आरू उच्च क्रॉस-लिंकिंग संभावित घनत्व भी होय छै15,16,17 । मैट्रिक्स क्रिस्टलीयता क॑ कम करै आरू श्रृंखला के लचीलापन बढ़ाबै लेली पीवीए आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स केरऽ चालकता म॑ सुधार लेली बहुलक मिश्रण, प्लास्टिसाइजर जोड़, समग्र जोड़ आरू स्थान पर बहुलकीकरण तकनीक के उपयोग करलऽ गेलऽ छै18,19,20.
औद्योगिक अनुप्रयोगक कें लेल बहुलक सामग्री कें विकास कें लेल मिश्रण एकटा महत्वपूर्ण तरीका छै. बहुलक मिश्रण कें उपयोग अक्सर निम्नलिखित कें लेल कैल जायत छै: (1) औद्योगिक अनुप्रयोगक मे प्राकृतिक बहुलक कें प्रसंस्करण गुणक मे सुधार; (2) जैव अपघटनीय सामग्री कें रासायनिक, भौतिक, आ यांत्रिक गुणक मे सुधार; आ (3) खाद्य पैकेजिंग उद्योग मे नव सामग्री कें तेजी सं बदलैत मांग कें अनुकूल बननाय. सहबहुलकीकरण कें विपरीत, बहुलक मिश्रण एकटा कम लागत वाला प्रक्रिया छै जे वांछित गुण प्राप्त करय कें लेल जटिल रासायनिक प्रक्रियाक कें बजाय सरल भौतिक प्रक्रियाक कें उपयोग करय छै21. होमोपॉलिमर बनाबै लेली अलग-अलग बहुलक द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय बल, हाइड्रोजन बंधन, या आवेश-हस्तांतरण परिसर के माध्यम स॑ परस्पर क्रिया करी सकै छै22,23. प्राकृतिक आ सिंथेटिक बहुलक सं बनल मिश्रण उत्कृष्ट यांत्रिक गुणक कें साथ नीक जैव संगतता कें संयोजन कयर सकय छै, जे कम उत्पादन लागत पर एकटा बेहतर सामग्री बना सकय छै24,25. अतः सिंथेटिक आरू प्राकृतिक बहुलक के मिश्रण करी क॑ जैव प्रासंगिक बहुलक सामग्री के निर्माण म॑ बहुत रुचि देखलऽ गेलऽ छै । पीवीए कें सोडियम एल्गिनेट (NaAlg), सेल्यूलोज, चीटोसन आ स्टार्च कें साथ मिलाएल जा सकय छै26.
सोडियम एल्गिनेट समुद्री भूरा शैवाल स॑ निकाललऽ जाय वाला प्राकृतिक बहुलक आरू आयनिक पॉलीसैकराइड छै । सोडियम एल्गिनेट म॑ β-(1-4)-लिंक डी-मैन्युरोनिक एसिड (एम) आरू α-(1-4)-लिंक एल-गुलुरोनिक एसिड (जी) होय छै जे होमोपॉलिमर रूप (पॉली-एम आरू पॉली-जी) आरू हेटरोपॉलिमर ब्लॉक (एमजी या जीएम) म॑ संगठित होय छै27 । एम आरू जी ब्लॉक केरऽ सामग्री आरू सापेक्षिक अनुपात केरऽ एल्गिनेट केरऽ रासायनिक आरू भौतिक गुणऽ प॑ काफी प्रभाव पड़ै छै28,29 । सोडियम एल्गिनेट कें जैव अपघटन क्षमता, जैव संगतता, कम लागत, नीक फिल्म निर्माण गुण, आ गैर-विषाक्तता कें कारण व्यापक रूप सं उपयोग आ अध्ययन कैल जायत छै. लेकिन एल्गिनेट श्रृंखला म॑ बहुत संख्या म॑ मुक्त हाइड्रोक्सिल (OH) आरू कार्बोक्जिलेट (COO) समूह एल्गिनेट क॑ बहुत हाइड्रोफिलिक बनाबै छै । लेकिन एल्गिनेट केरऽ भंगुरता आरू कठोरता के कारण यांत्रिक गुण खराब होय छै । अइ कें लेल एल्गिनेट कें अन्य सिंथेटिक सामग्री कें साथ मिला क जल संवेदनशीलता आ यांत्रिक गुणक मे सुधार कैल जा सकय छै30,31.
नब इलेक्ट्रोड सामग्री कें डिजाइन करय सं पहिले, डीएफटी गणना कें उपयोग अक्सर नब सामग्री कें निर्माण व्यवहार्यता कें मूल्यांकन करय कें लेल करल जाय छै. एकरऽ अलावा, वैज्ञानिक प्रयोगात्मक परिणामऽ के पुष्टि आरू भविष्यवाणी करै लेली, समय के बचत करै लेली, रासायनिक अपशिष्ट क॑ कम करै लेली आरू अंतःक्रिया व्यवहार के भविष्यवाणी करै लेली आणविक मॉडलिंग के उपयोग करै छै32. आणविक मॉडलिंग बहुत क्षेत्रऽ म॑ विज्ञान केरऽ एगो शक्तिशाली आरू महत्वपूर्ण शाखा बनी गेलऽ छै, जेकरा म॑ सामग्री विज्ञान, नैनोमटेरियल, कम्प्यूटेशनल रसायन विज्ञान, आरू दवा खोज शामिल छै33,34. मॉडलिंग प्रोग्राम कें उपयोग सं वैज्ञानिक सीधा आणविक आंकड़ा प्राप्त कयर सकय छै, जइ मे ऊर्जा (गठन कें ताप, आयनीकरण विभव, सक्रियण ऊर्जा, आदि) आ ज्यामिति (बंध कोण, बंधन लंबाई, आ मरोड़ कोण) शामिल छै35. एकरऽ अलावा इलेक्ट्रॉनिक गुण (चार्ज, होमो आरू लुमो बैंड गैप ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता), स्पेक्ट्रल गुण (एफटीआईआर स्पेक्ट्रा जैसनऽ विशेषता कंपन मोड आरू तीव्रता), आरू थोक गुण (आयतन, प्रसार, चिपचिपाहट, मापांक आदि)36 के गणना करलऽ जाब॑ सकै छै ।
LiNiPO4 अपनऽ उच्च ऊर्जा घनत्व (लगभग 5.1 V के वर्किंग वोल्टेज) के कारण लिथियम-आयन बैटरी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ प्रतिस्पर्धा करै म॑ संभावित फायदा दिखाबै छै । उच्च वोल्टेज क्षेत्र म॑ LiNiPO4 केरऽ फायदा क॑ पूरा तरह स॑ दोहन करै लेली काम करै वाला वोल्टेज क॑ कम करै के जरूरत छै, कैन्हेंकि वर्तमान म॑ विकसित उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रोलाइट केवल ४.८ वी स॑ कम वोल्टेज प॑ ही अपेक्षाकृत स्थिर रह॑ सकै छै । LiNiPO4 केरऽ Ni साइट म॑ सब 3d, 4d, आरू 5d संक्रमण धातु के डोपिंग के जांच करलकै, उत्कृष्ट विद्युत रासायनिक प्रदर्शन वाला डोपिंग पैटर्न के चयन करलकै, आरू LiNiPO4 केरऽ काम करै वाला वोल्टेज क॑ समायोजित करलकै जबकि ओकरऽ विद्युत रासायनिक प्रदर्शन के सापेक्षिक स्थिरता क॑ बरकरार रखलकै । हुनका सब क॑ मिललऽ सबस॑ कम कामकाजी वोल्टेज क्रमशः Ti, Nb, आरू Ta-डोप LiNiPO4 लेली ४.२१, ३.७६, आरू ३.५०३७ छेलै ।
अतः ई अध्ययन के उद्देश्य सैद्धांतिक रूप स॑ रिचार्जेबल आयन-आयन बैटरी म॑ एकरऽ अनुप्रयोग लेली क्वांटम यांत्रिक गणना के उपयोग करी क॑ पीवीए/NaAlg प्रणाली केरऽ इलेक्ट्रॉनिक गुण, क्यूएसएआर वर्णनकर्ता आरू तापीय गुणऽ प॑ प्लास्टिसाइजर के रूप म॑ ग्लिसरॉल केरऽ प्रभाव के जांच करना छै । पीवीए/NaAlg मॉडल आरू ग्लिसरॉल के बीच आणविक अंतःक्रिया के विश्लेषण बेडर केरऽ क्वांटम एटॉमिक थ्योरी ऑफ अणु (QTAIM) के उपयोग करी क॑ करलऽ गेलऽ छेलै ।
NaAlg के साथ आरू ओकरा बाद ग्लिसरॉल के साथ पीवीए के अंतःक्रिया क॑ दर्शाबै वाला एगो अणु मॉडल क॑ डीएफटी के उपयोग करी क॑ अनुकूलित करलऽ गेलऽ छेलै । मॉडल केरऽ गणना स्पेक्ट्रोस्कोपी विभाग, राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र, काहिरा, मिस्र म॑ गाउसीयन ०९३८ सॉफ्टवेयर के उपयोग करी क॑ करलऽ गेलऽ छेलै । मॉडल क॑ B3LYP/6-311G(d, p) level39,40,41,42 प॑ DFT के उपयोग करी क॑ अनुकूलित करलऽ गेलऽ छेलै । अध्ययन करलौ गेलौ मॉडल के बीच अंतःक्रिया के सत्यापन लेली सिद्धांत के एक ही स्तर प करलौ गेलौ आवृत्ति अध्ययन अनुकूलित ज्यामिति के स्थिरता के प्रदर्शन करै छै. सब मूल्यांकन आवृत्ति के बीच नकारात्मक आवृत्ति के अभाव संभावित ऊर्जा सतह पर सही सकारात्मक न्यूनतम में अनुमानित संरचना के उजागर करै छै. भौतिक पैरामीटर जेना टीडीएम, होमो/लुमो बैंड गैप ऊर्जा आरू एमईएसपी के गणना सिद्धांत केरऽ एक ही क्वांटम मैकेनिकल स्तर प॑ करलऽ गेलऽ छेलै । एकरऽ अलावा कुछ तापीय पैरामीटर जैना कि गठन केरऽ अंतिम ताप, मुक्त ऊर्जा, एन्ट्रोपी, एन्थाल्पी आरू ताप क्षमता के गणना तालिका 1 म॑ देलऽ गेलऽ सूत्रऽ के उपयोग करी क॑ करलऽ गेलऽ छेलै ।अध्ययन करलऽ गेलऽ संरचना के सतह प॑ घटित होय वाला अंतःक्रिया के पहचान करै लेली अध्ययन करलऽ गेलऽ मॉडल क॑ अणु म॑ परमाणु के क्वांटम सिद्धांत (QTAIM) विश्लेषण के अधीन करलऽ गेलऽ छेलै । इ गणना गाउसीयन 09 सॉफ्टवेयर कोड मे “output=wfn” कमांड कें उपयोग सं कैल गेलय आ ओकर बाद एवोगाड्रो सॉफ्टवेयर कोड43 कें उपयोग सं विजुअलाइज कैल गेलय.
जहाँ E आंतरिक ऊर्जा, P दबाव, V आयतन, Q प्रणाली आरू ओकरऽ वातावरण के बीच ताप आदान-प्रदान, T तापमान, ΔH एन्थाल्पी परिवर्तन, ΔG मुक्त ऊर्जा परिवर्तन, ΔS एन्ट्रोपी परिवर्तन, a आरू b कंपन पैरामीटर, q परमाणु आवेश, आरू C परमाणु इलेक्ट्रॉन घनत्व44,45 छै । अंततः, वही संरचना क॑ अनुकूलित करलऽ गेलै आरू मिस्र केरऽ काहिरा म॑ राष्ट्रीय अनुसंधान केंद्र केरऽ स्पेक्ट्रोस्कोपी विभाग म॑ SCIGRESS सॉफ्टवेयर कोड46 के उपयोग करी क॑ पीएम6 स्तर प॑ क्यूएसएआर पैरामीटर के गणना करलऽ गेलै ।
अपनऽ पिछला काम47 म॑, हमन॑ दू NaAlg इकाई के साथ तीन पीवीए इकाइयऽ के अंतःक्रिया के वर्णन करै वाला सबसें संभावित मॉडल के मूल्यांकन करलकै, जेकरा म॑ ग्लिसरॉल प्लास्टिसाइजर के रूप म॑ काम करै छै । जेना कि ऊपर कहलऽ गेलऽ छै कि पीवीए आरू NaAlg केरऽ परस्पर क्रिया केरऽ दू संभावना छै । दूनू मॉडल, जेकरा 3PVA-2Na Alg (कार्बन नंबर 10 के आधार पर) आरू टर्म 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg नामित करलऽ गेलऽ छै, के ऊर्जा अंतराल मान48 विचार करलऽ गेलऽ अन्य संरचना के तुलना म॑ सबस॑ कम छै । अतः पीवीए/Na Alg मिश्रण बहुलक केरऽ सबसें संभावित मॉडल प॑ Gly जोड़ऽ के प्रभाव के जांच बाद केरऽ दू संरचना के उपयोग करी क॑ करलऽ गेलऽ छेलै: 3PVA-(C10)2Na Alg (सादगी के लेलऽ 3PVA-2Na Alg कहलऽ जाय छै) आरू टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg । साहित्य के अनुसार पीवीए, NaAlg आरू ग्लिसरॉल हाइड्रोक्सिल कार्यात्मक समूह के बीच केवल कमजोर हाइड्रोजन बंधन बना सकै छै । चूँकि पीवीए ट्राइमर आरू NaAlg आरू ग्लिसरॉल डाइमर दूनू म॑ कई OH समूह होय छै, ई लेली संपर्क क॑ OH समूहऽ म॑ स॑ एक के माध्यम स॑ साकार करलऽ जाब॑ सकै छै । चित्र 1 मॉडल ग्लिसरॉल अणु आरू मॉडल अणु 3PVA-2Na Alg के बीच अंतःक्रिया क॑ दर्शाबै छै, आरू चित्र 2 म॑ मॉडल अणु टर्म 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg आरू ग्लिसरॉल केरऽ अलग-अलग सांद्रता के बीच अंतःक्रिया केरऽ निर्मित मॉडल दिखालऽ गेलऽ छै ।
अनुकूलित संरचना: (क) Gly आरू 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आरू (f) 5 Gly के साथ बातचीत करै छै.
(a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, आरू (f) 6 Gly के साथ बातचीत करय वाला टर्म 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg के अनुकूलित संरचना |
कोनो भी इलेक्ट्रोड सामग्री केरऽ अभिक्रियाशीलता के अध्ययन करतें समय इलेक्ट्रॉन बैंड गैप ऊर्जा एगो महत्वपूर्ण पैरामीटर छै जेकरा प॑ विचार करलऽ जाय । कारण ई इलेक्ट्रॉन के व्यवहार के वर्णन करै छै जब॑ सामग्री म॑ बाहरी परिवर्तन होय ​​जाय छै । अतः अध्ययन करलौ गेलौ सब संरचना के लेलऽ होमो/लुमो के इलेक्ट्रॉन बैंड गैप ऊर्जा के अनुमान लगाना जरूरी छै । तालिका 2 म॑ ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ऽ के कारण 3PVA-(C10)2Na Alg आरू Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg केरऽ HOMO/LUMO ऊर्जा म॑ बदलाव दिखालऽ गेलऽ छै । ref47 के अनुसार, 3PVA-(C10)2Na Alg केरऽ Eg मान 0.2908 eV छै, जबकि दूसरऽ अंतःक्रिया (अर्थात, टर्म 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) केरऽ संभावना क॑ दर्शाबै वाला संरचना केरऽ Eg मान 0.5706 eV छै ।
लेकिन ई पता चललै कि ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ला स॑ 3PVA-(C10)2Na Alg केरऽ Eg मान म॑ मामूली बदलाव आबी गेलऽ छै । जब॑ 3PVA-(C10)2NaAlg न॑ 1, 2, 3, 4 आरू 5 ग्लिसरॉल यूनिट के साथ बातचीत करलकै त॑ एकरऽ Eg मान क्रमशः 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 आरू 0.281 eV होय गेलै । लेकिन एक बहुमूल्य अंतर्दृष्टि छै कि 3 ग्लिसरॉल यूनिट जोड़ला के बाद Eg मान 3PVA-(C10)2Na Alg स॑ छोटऽ होय गेलै । पांच ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ 3PVA-(C10)2Na Alg केरऽ अंतःक्रिया क॑ दर्शाबै वाला मॉडल सबसें संभावित अंतःक्रिया मॉडल छै । एकरऽ मतलब छै कि जेना-जेना ग्लिसरॉल इकाई के संख्या बढ़ी जाय छै, परस्पर क्रिया के संभावना भी बढ़ी जाय छै ।
इस बीच, अंतःक्रिया केरऽ दूसरऽ संभावना के लेलऽ, टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na क॑ दर्शाबै वाला मॉडल अणु केरऽ HOMO/LUMO ऊर्जा Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly आरू टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 आरू 0.496 बन॑ छै ईवी, क्रमशः। तालिका 2 मे सब संरचना कें लेल गणना कैल गेल होमो/लुमो बैंड गैप ऊर्जा कें दर्शाओल गेल छै. एतबे नै, पहिल समूहक अंतःक्रिया संभावनाक वैह व्यवहार एतय दोहराओल गेल अछि ।
ठोस अवस्था भौतिकी म॑ बैंड सिद्धांत के कहना छै कि जेना-जेना कोनो इलेक्ट्रोड पदार्थ केरऽ बैंड गैप घटै छै, वू पदार्थ केरऽ इलेक्ट्रॉनिक चालकता बढ़ी जाय छै । सोडियम-आयन कैथोड सामग्री केरऽ बैंड गैप क॑ कम करै लेली डोपिंग एगो आम तरीका छै । जियांग एट अल। β-NaMnO2 परतदार सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक चालकता म॑ सुधार लेली Cu डोपिंग के प्रयोग करलकै । डीएफटी गणना के उपयोग करी क॑ हुनका सब क॑ पता चललै कि डोपिंग स॑ सामग्री केरऽ बैंड गैप ०.७ ईवी स॑ घटी क॑ ०.३ ईवी होय जाय छै । ई संकेत करै छै कि Cu डोपिंग स॑ β-NaMnO2 सामग्री केरऽ इलेक्ट्रॉनिक चालकता म॑ सुधार होय छै ।
एमईएसपी क॑ आणविक आवेश वितरण आरू एकल सकारात्मक आवेश के बीच के अंतःक्रिया ऊर्जा के रूप म॑ परिभाषित करलऽ गेलऽ छै । एमईएसपी क॑ रासायनिक गुण आरू अभिक्रियाशीलता क॑ समझै आरू व्याख्या करै लेली एगो प्रभावी उपकरण मानलऽ जाय छै । एमईएसपी कें उपयोग बहुलक सामग्री कें बीच अंतःक्रिया कें तंत्र कें समझय कें लेल कैल जा सकय छै. एमईएसपी अध्ययन के तहत यौगिक के भीतर आवेश वितरण के वर्णन करै छै. एकर अलावा एमईएसपी अध्ययन कें तहत सामग्री मे सक्रिय स्थल कें बारे मे जानकारी प्रदान करयत छै32. चित्र 3 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, आरू 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly सिद्धांत के B3LYP/6-311G(d, p) स्तर पर भविष्यवाणी |
(b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आरू (f) 5 Gly के साथ बातचीत करय वाला (a) Gly आरू 3PVA − 2Na Alg के लेल B3LYP/6-311 g(d, p) के साथ गणना करलऽ गेलऽ MESP समोच्च ।
इस बीच, चित्र 4 मे टर्म 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg, टर्म 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 1Gly, टर्म 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, टर्म 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, टर्म 1Na Alg-3PVA – क्रमशः मध्य 1Na Alg − 4Gly, टर्म 1Na Alg- 3PVA – मध्य 1Na Alg- 5gly आरू टर्म 1Na Alg-3PVA – मध्य 1Na Alg − 6Gly । गणना कैल गेल एमईएसपी कें एकटा समोच्च व्यवहार कें रूप मे दर्शाओल गेल छै. समोच्च रेखा के अलग-अलग रंग स दर्शाओल गेल अछि । प्रत्येक रंग एक अलग इलेक्ट्रोनेगेटिविटी मान के प्रतिनिधित्व करै छै । लाल रंग अत्यधिक इलेक्ट्रोनेगेटिव या रिएक्टिव साइट के संकेत करै छै । एम्हर पीला रंग संरचना मे तटस्थ स्थल 49, 50, 51 क प्रतिनिधित्व करैत अछि । एमईएसपी केरऽ परिणाम स॑ पता चललै कि अध्ययन करलऽ गेलऽ मॉडलऽ के आसपास लाल रंग बढ़ला के साथ 3PVA-(C10)2Na Alg केरऽ अभिक्रियाशीलता बढ़ी गेलऽ छै । एम्हर, टर्म 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg मॉडल अणु केरऽ MESP मैप म॑ लाल रंग केरऽ तीव्रता अलग-अलग ग्लिसरॉल सामग्री के साथ बातचीत के कारण कम होय जाय छै । प्रस्तावित संरचना के आसपास लाल रंग के वितरण म॑ बदलाव अभिक्रियाशीलता क॑ दर्शाबै छै, जबकि तीव्रता म॑ वृद्धि ग्लिसरॉल सामग्री म॑ वृद्धि के कारण 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल अणु केरऽ इलेक्ट्रोनेगेटिविटी म॑ वृद्धि के पुष्टि करै छै ।
B3LYP/6-311 g(d, p) न॑ गणना करलकै MESP टर्म केरऽ 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg जे (क) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, आरू (f) 6 Gly के साथ बातचीत करै छै ।
सब प्रस्तावित संरचना केरऽ ओकरऽ तापीय पैरामीटर जेना कि एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी, ताप क्षमता, मुक्त ऊर्जा आरू निर्माण केरऽ ताप केरऽ गणना २०० के स॑ ५०० के तलक के सीमा म॑ अलग-अलग तापमान प॑ करलऽ जाय छै ।भौतिक प्रणाली केरऽ व्यवहार के वर्णन करै लेली ओकरऽ इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार के अध्ययन के अलावा ओकरऽ इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार के अध्ययन के अलावा एक-दूसरा के साथ ओकरऽ अंतःक्रिया के कारण तापमान केरऽ कार्य के रूप म॑ ओकरऽ तापीय व्यवहार के अध्ययन करना भी जरूरी छै, जेकरऽ गणना समीकरणऽ के उपयोग करी क॑ करलऽ जाब॑ सकै छै तालिका 1 मे देल गेल छै.इ तापीय पैरामीटरक कें अध्ययन कें विभिन्न तापमान पर ऐहन भौतिक प्रणालीक कें प्रतिक्रियाशीलता आ स्थिरता कें एकटा महत्वपूर्ण सूचक मानल जायत छै.
रहल बात पीवीए ट्राइमर केरऽ एन्थाल्पी के त॑ ई सबसें पहल॑ NaAlg डाइमर के साथ, फेरू कार्बन परमाणु #10 स॑ जुड़लऽ OH समूह के माध्यम स॑, आरू अंत म॑ ग्लिसरॉल के साथ प्रतिक्रिया करै छै । एन्थाल्पी ऊष्मागतिकी प्रणाली में ऊर्जा के माप छै । एन्थाल्पी कोनों सिस्टम म॑ कुल ताप के बराबर होय छै, जे सिस्टम केरऽ आंतरिक ऊर्जा के बराबर होय छै आरू ओकरऽ आयतन आरू दबाव के गुणनफल के बराबर होय छै । दोसर शब्द मे, एन्थाल्पी इ दर्शाबैत छै की कोनों पदार्थ मे कतेक गर्मी आ काज मिलायल गेल छै या ओकरा निकालल गेल छै52.
चित्र 5 म॑ 3PVA-(C10)2Na Alg केरऽ अलग-अलग ग्लिसरॉल सांद्रता के साथ प्रतिक्रिया के दौरान एन्थाल्पी परिवर्तन दिखालऽ गेलऽ छै । संक्षिप्त नाम A0, A1, A2, A3, A4, आरू A5 मॉडल अणु 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, और 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, क्रमशः | चित्र 5a स॑ पता चलै छै कि तापमान आरू ग्लिसरॉल केरऽ मात्रा बढ़ला के साथ एन्थाल्पी बढ़ी जाय छै । 200 K पर 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (अर्थात, A5) क॑ दर्शाबै वाला संरचना केरऽ एन्थाल्पी 27.966 cal/mol छै, जबकि 200 K प॑ 3PVA- 2NaAlg क॑ दर्शाबै वाला संरचना केरऽ एन्थाल्पी 13.490 cal/mol छै । अंत में, चूँकि एन्थाल्पी सकारात्मक छै, ई प्रतिक्रिया अंतःतापीय छै ।
एन्ट्रोपी क॑ बंद ऊष्मागतिकी प्रणाली म॑ अनुपलब्ध ऊर्जा केरऽ माप के रूप म॑ परिभाषित करलऽ जाय छै आरू अक्सर एकरा प्रणाली केरऽ विकार केरऽ माप मानलऽ जाय छै । चित्र 5b तापमान के साथ 3PVA-(C10)2NaAlg के एन्ट्रोपी म॑ बदलाव आरू ई अलग-अलग ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ कोना बातचीत करै छै, ई दर्शाबै छै । ग्राफ स॑ पता चलै छै कि तापमान 200 K स॑ बढ़ी क॑ 500 K होय के साथ एन्ट्रोपी रेखीय रूप स॑ बदलै छै ।चित्र 5b स॑ स्पष्ट रूप स॑ पता चलै छै कि 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल केरऽ एन्ट्रोपी 200 K प॑ 200 cal/K/mol होय जाय छै, कैन्हेंकि 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल म॑ जाली विकार कम प्रदर्शित होय छै । जेना-जेना तापमान बढ़ै छै, 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल अव्यवस्थित होय जाय छै आरू तापमान बढ़ला के साथ एन्ट्रोपी म॑ वृद्धि के व्याख्या करै छै । एतबे नै, ई स्पष्ट छै कि 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly केरऽ संरचना केरऽ एन्ट्रोपी मान सबस॑ अधिक छै ।
चित्र 5c म॑ भी यही व्यवहार देखलऽ जाय छै, जेकरा म॑ तापमान के साथ ताप क्षमता म॑ बदलाव देखलऽ गेलऽ छै । ताप क्षमता कोनों पदार्थ केरऽ देलऽ गेलऽ मात्रा केरऽ तापमान क॑ १ °C47 बदलै लेली आवश्यक ताप केरऽ मात्रा छेकै । चित्र 5c म॑ 1, 2, 3, 4, आरू 5 ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ बातचीत के कारण मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg केरऽ ताप क्षमता म॑ बदलाव दिखालऽ गेलऽ छै । आकृति स॑ पता चलै छै कि मॉडल 3PVA-(C10)2NaAlg केरऽ ताप क्षमता तापमान के साथ रैखिक रूप स॑ बढ़ी जाय छै । तापमान बढ़ला के साथ ताप क्षमता म॑ देखलऽ गेलऽ वृद्धि के कारण फोनोन तापीय कंपन कहलऽ जाय छै । एकरऽ अलावा, ई बात के सबूत छै कि ग्लिसरॉल सामग्री बढ़ला स॑ मॉडल 3PVA-(C10)2NaAlg केरऽ ताप क्षमता म॑ वृद्धि होय छै । एकरऽ अलावा, संरचना स॑ पता चलै छै कि अन्य संरचना के तुलना म॑ 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly केरऽ ताप क्षमता मान सबस॑ अधिक छै ।
अध्ययन करलऽ गेलऽ संरचना के लेलऽ अन्य पैरामीटर जैना कि मुक्त ऊर्जा आरू गठन के अंतिम ताप के गणना करलऽ गेलऽ छेलै आरू क्रमशः चित्र 5d आरू e म॑ दिखालऽ गेलऽ छै । निर्माण केरऽ अंतिम ताप कोनो शुद्ध पदार्थ केरऽ निर्माण के दौरान ओकरऽ घटक तत्वऽ स॑ निरंतर दबाव म॑ छोड़लऽ जाय वाला या अवशोषित होय वाला ताप होय छै । मुक्त ऊर्जा क॑ ऊर्जा के समान गुण के रूप म॑ परिभाषित करलऽ जाब॑ सकै छै, यानी एकरऽ मान हर ऊष्मागतिकी अवस्था म॑ पदार्थ के मात्रा प॑ निर्भर करै छै । 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly केरऽ निर्माण केरऽ मुक्त ऊर्जा आरू ताप सबसें कम छेलै आरू क्रमशः -1318.338 आरू -1628.154 किलोकैलोरी/मोल छेलै । एकरऽ विपरीत, 3PVA-(C10)2NaAlg क॑ दर्शाबै वाला संरचना म॑ अन्य संरचना के तुलना म॑ क्रमशः -690.340 आरू -830.673 किलोकैलोरी/मोल के मुक्त ऊर्जा आरू निर्माण के ताप मान सबस॑ अधिक छै । जैना कि चित्र 5 म॑ दिखालऽ गेलऽ छै, ग्लिसरॉल के साथ परस्पर क्रिया के कारण विभिन्न तापीय गुणऽ म॑ बदलाव आबै छै । गिब्स मुक्त ऊर्जा नकारात्मक छै, जे ई दर्शाबै छै कि प्रस्तावित संरचना स्थिर छै ।
PM6 न॑ शुद्ध 3PVA- (C10) 2Na Alg (मॉडल A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (मॉडल A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (मॉडल A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (मॉडल A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (मॉडल A4), आरू 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (मॉडल A5), जहाँ (a) एन्थाल्पी, (b) एन्ट्रोपी, (c) ताप क्षमता, (d) मुक्त ऊर्जा, आरू (e) गठन केरऽ ताप छै ।
दोसरऽ तरफ, पीवीए ट्राइमर आरू डाइमेरिक NaAlg के बीच दूसरऽ इंटरैक्शन मोड पीवीए ट्राइमर संरचना म॑ टर्मिनल आरू मिडिल ओएच समूह म॑ होय छै । जेना कि पहिल समूह मे छल, थर्मल पैरामीटर क गणना सिद्धांत क समान स्तर क उपयोग कए कैल गेल । चित्र 6a-e म॑ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी, ताप क्षमता, मुक्त ऊर्जा आरू अंततः निर्माण केरऽ ताप केरऽ भिन्नता दिखालऽ गेलऽ छै । चित्र 6a-c दर्शाबै छै कि टर्म 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg केरऽ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आरू ताप क्षमता 1, 2, 3, 4, 5 आरू 6 ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ बातचीत करला प॑ पहिलऽ समूह के समान व्यवहार प्रदर्शित करै छै । एतबे नै, तापमान बढ़ला के साथ एकरऽ मान धीरे-धीरे बढ़ी जाय छै । एकरऽ अलावा प्रस्तावित टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg मॉडल म॑ ग्लिसरॉल सामग्री म॑ वृद्धि के साथ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आरू ताप क्षमता मान बढ़ी गेलऽ छेलै । संक्षिप्त नाम B0, B1, B2, B3, B4, B5 आरू B6 क्रमशः निम्नलिखित संरचनाओं के प्रतिनिधित्व करै छै: पद 1 Na Alg − 3PVA- मध्य 1 Na Alg, पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 1 Gly, पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 2gly, पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 3gly, पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 4 Gly, पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 5 Gly और पद 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 6 Gly | जैसऽ कि चित्र 6a–c म॑ दिखालऽ गेलऽ छै, ई स्पष्ट छै कि ग्लिसरॉल इकाइयऽ के संख्या 1 स॑ 6 तलक बढ़ला स॑ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आरू ताप क्षमता के मान बढ़ी जाय छै ।
पीएम6 न॑ शुद्ध टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (मॉडल B0), टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (मॉडल B1), टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (मॉडल B2), टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (मॉडल B3), टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (मॉडल B4), टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (मॉडल B5), आरू टर्म 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg – 6 Gly (मॉडल B6), जेकरा म॑ (क) एन्थाल्पी, (b) एन्ट्रोपी, (c) हीट शामिल छै क्षमता, (घ) मुक्त ऊर्जा, एवं (ङ) गठन की ताप |
एकरऽ अलावा, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly क॑ दर्शाबै वाला संरचना म॑ अन्य संरचना के तुलना म॑ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आरू ताप क्षमता केरऽ सबस॑ अधिक मान छै । इनमें स॑ हुनकऽ मान टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg म॑ 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K आरू 131.323 kcal/mol स॑ बढ़ी क॑ 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K आरू टर्म 1 Na म॑ 275.923 किलोकैलोरी/मोल होय गेलऽ छै Alg − 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 6 Gly, क्रमशः।
लेकिन चित्र 6d आरू e मुक्त ऊर्जा के तापमान निर्भरता आरू गठन के अंतिम ताप (HF) के दर्शाबै छै । एचएफ क॑ एन्थाल्पी परिवर्तन के रूप म॑ परिभाषित करलऽ जाब॑ सकै छै जे प्राकृतिक आरू मानक परिस्थिति म॑ कोनो पदार्थ केरऽ एक मोल ओकरऽ तत्वऽ स॑ बनला प॑ होय छै । आकृति स॑ ई स्पष्ट छै कि सब अध्ययन करलऽ गेलऽ संरचना केरऽ मुक्त ऊर्जा आरू निर्माण केरऽ अंतिम ताप तापमान प॑ रेखीय निर्भरता देखै छै, यानी तापमान बढ़ला के साथ ई धीरे-धीरे आरू रेखीय रूप स॑ बढ़ी जाय छै । एकरऽ अलावा, आंकड़ा न॑ ई भी पुष्टि करलकै कि टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly क॑ दर्शाबै वाला संरचना म॑ सबसें कम मुक्त ऊर्जा आरू सबसें कम एचएफ छै । दूनू पैरामीटर 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly पद म॑ -758.337 स॑ -899.741 K cal/mol तलक घटी क॑ -1,476.591 आरू -1,828.523 K cal/mol होय गेलै । परिणाम स॑ ई स्पष्ट छै कि ग्लिसरॉल यूनिट बढ़ला के साथ एचएफ कम होय जाय छै । एकरऽ मतलब छै कि कार्यात्मक समूहऽ के बढ़ोत्तरी के कारण अभिक्रियाशीलता भी बढ़ी जाय छै आरू यही वजह स॑ प्रतिक्रिया क॑ पूरा करै लेली कम ऊर्जा के जरूरत होय छै । ई ई बात के पुष्टि करै छै कि प्लास्टिसाइज्ड पीवीए/NaAlg के उपयोग बैटरी म॑ करलऽ जाब॑ सकै छै, कैन्हेंकि एकरऽ उच्च अभिक्रियाशीलता छै ।
सामान्यतः तापमान केरऽ प्रभाव क॑ दू प्रकार म॑ विभाजित करलऽ जाय छै : कम तापमान केरऽ प्रभाव आरू उच्च तापमान केरऽ प्रभाव । कम तापमान केरऽ प्रभाव मुख्य रूप स॑ उच्च अक्षांश प॑ स्थित देशऽ म॑ महसूस करलऽ जाय छै, जेना कि ग्रीनलैंड, कनाडा, आरू रूस । जाड़क समय मे एहि ठामक बाहरी हवाक तापमान शून्य डिग्री सेल्सियस सँ काफी नीचा होइत अछि । लिथियम-आयन बैटरी कें जीवन काल आ प्रदर्शन कम तापमान सं प्रभावित भ सकय छै, खासकर प्लग-इन हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन, शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहन, आ हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन मे उपयोग कैल जाय वाला बैटरी. अंतरिक्ष यात्रा एकटा आओर ठंडा वातावरण छै, जेकरा लेली लिथियम-आयन बैटरी के जरूरत छै. जेना कि मंगल ग्रह प॑ तापमान -१२० डिग्री सेल्सियस तलक गिरी सकै छै, जेकरा स॑ अंतरिक्ष यान म॑ लिथियम-आयन बैटरी के इस्तेमाल म॑ काफी बाधा पैदा होय छै । कम ऑपरेटिंग तापमान के कारण लिथियम-आयन बैटरी के चार्ज ट्रांसफर दर आरू रासायनिक प्रतिक्रिया गतिविधि म॑ कमी ​​आबी सकै छै, जेकरऽ परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोड के अंदर लिथियम आयन के प्रसार दर आरू इलेक्ट्रोलाइट म॑ आयनिक चालकता म॑ कमी ​​आबी सकै छै । एहि क्षरणक परिणामस्वरूप ऊर्जा क्षमता आ शक्ति मे कमी आबि जाइत अछि, आ कखनो काल प्रदर्शन मे सेहो कमी आबि जाइत अछि53.
उच्च तापमान प्रभाव अनुप्रयोग वातावरण कें एकटा विस्तृत श्रृंखला मे होयत छै, जइ मे उच्च आ निम्न तापमान दूनू वातावरण शामिल छै, जखन कि कम तापमान प्रभाव मुख्य रूप सं कम तापमान कें अनुप्रयोग वातावरण तइक सीमित छै. कम तापमान केरऽ प्रभाव मुख्य रूप स॑ परिवेश केरऽ तापमान स॑ निर्धारित होय छै, जबकि उच्च तापमान केरऽ प्रभाव क॑ आमतौर प॑ अधिक सटीक रूप स॑ संचालन के दौरान लिथियम-आयन बैटरी के अंदर के उच्च तापमान के कारण मानलऽ जाय छै ।
लिथियम-आयन बैटरी उच्च करंट परिस्थिति (फास्ट चार्जिंग आ फास्ट डिस्चार्जिंग सहित) मे गर्मी पैदा करएयत छै, जेकरा कारण आंतरिक तापमान बढ़एयत छै. उच्च तापमान कें संपर्क मे आवा सं बैटरी कें प्रदर्शन मे गिरावट सेहो भ सकएय छै, जइ मे क्षमता आ बिजली कें नुकसान शामिल छै. आम तौर पर, लिथियम केरऽ नुकसान आरू उच्च तापमान प॑ सक्रिय सामग्री केरऽ रिकवरी स॑ क्षमता केरऽ नुकसान होय ​​छै, आरू बिजली केरऽ नुकसान आंतरिक प्रतिरोध म॑ वृद्धि के कारण होय छै । यदि तापमान नियंत्रण सं बाहर भ जायत छै त थर्मल रनवे भ जायत छै, जे किछ मामलाक मे अनायास दहन या विस्फोट तक भ सकय छै.
क्यूएसएआर गणना एकटा कम्प्यूटेशनल या गणितीय मॉडलिंग विधि छै जेकरऽ उपयोग जैविक गतिविधि आरू यौगिकऽ के संरचनात्मक गुणऽ के बीच संबंधऽ के पहचान करै लेली करलऽ जाय छै । सब डिजाइन अणु क॑ अनुकूलित करलऽ गेलऽ छेलै आरू कुछ क्यूएसएआर गुणऽ के गणना पीएम६ स्तर प॑ करलऽ गेलऽ छेलै । तालिका 3 मे किच्छू गणना कैल गेल क्यूएसएआर वर्णनकर्ताक कें सूचीबद्ध कैल गेल छै. ऐन्हऽ वर्णनकर्ता के उदाहरण चार्ज, टीडीएम, कुल ऊर्जा (ई), आयनीकरण विभव (आईपी), लॉग पी, आरू ध्रुवीकरण क्षमता (आईपी आरू लॉग पी क॑ निर्धारित करै लेली सूत्रऽ के लेलऽ तालिका 1 देखऽ) छै ।
गणना के परिणाम बताबै छै कि सब अध्ययन करलऽ गेलऽ संरचना के कुल आवेश शून्य छै, कैन्हेंकि ई ग्राउंड स्टेट म॑ छै । पहिलऽ अंतःक्रिया संभावना के लेलऽ ग्लिसरॉल के टीडीएम 3PVA-(C10) 2Na Alg के लेलऽ 2.788 Debye आरू 6.840 Debye छेलै, जबकि TDM मान बढ़ी क॑ 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye आरू 12.779 Debye जब॑ 3PVA-(C10) 2Na Alg न॑ क्रमशः 1, 2, 3, 4 आरू 5 यूनिट ग्लिसरॉल के साथ बातचीत करलकै । टीडीएम मान जतेक बेसी होयत छै, पर्यावरण के साथ एकर प्रतिक्रियाशीलता ओतबे बेसी होयत छै.
कुल ऊर्जा (ई) केरऽ गणना भी करलऽ गेलऽ छेलै, आरू ग्लिसरॉल आरू 3PVA-(C10)2 NaAlg केरऽ ई मान क्रमशः -141.833 eV आरू -200092.503 eV पाबै गेलऽ छेलै । एम्हर, 3PVA-(C10)2 NaAlg क॑ दर्शाबै वाला संरचना 1, 2, 3, 4 आरू 5 ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ बातचीत करै छै; ई क्रमशः -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 आ -1548.031 ईवी भ जाइत अछि । ग्लिसरॉल केरऽ मात्रा बढ़ला स॑ कुल ऊर्जा म॑ कमी ​​आबै छै आरू यही वजह स॑ अभिक्रियाशीलता म॑ वृद्धि होय छै । कुल ऊर्जा गणना के आधार प॑ ई निष्कर्ष निकाललऽ गेलै कि मॉडल अणु, जे 3PVA-2Na Alg-5 Gly छै, अन्य मॉडल अणु के तुलना म॑ अधिक प्रतिक्रियाशील छै । ई घटना हुनका लोकनिक संरचना सँ संबंधित अछि | 3PVA-(C10)2NaAlg म॑ केवल दू -COONa समूह होय छै, जबकि अन्य संरचना म॑ दू -COONa समूह होय छै लेकिन कई OH समूह होय छै, जेकरऽ मतलब छै कि पर्यावरण के प्रति ओकरऽ अभिक्रियाशीलता बढ़ी जाय छै ।
एकरऽ अलावा, ई अध्ययन म॑ सब संरचना केरऽ आयनीकरण ऊर्जा (IE) प॑ विचार करलऽ गेलऽ छै । आयनीकरण ऊर्जा अध्ययन करलऽ गेलऽ मॉडल केरऽ अभिक्रियाशीलता क॑ मापै लेली एगो महत्वपूर्ण पैरामीटर छै । कोनो इलेक्ट्रॉन क॑ अणु केरऽ एक बिन्दु स॑ अनंत तक ले जाय लेली जे ऊर्जा के जरूरत होय छै ओकरा आयनीकरण ऊर्जा कहलऽ जाय छै । ई अणु के आयनीकरण के डिग्री (अर्थात अभिक्रियाशीलता) के प्रतिनिधित्व करै छै । आयनीकरण ऊर्जा जतेक बेसी होयत, अभिक्रियाशीलता ओतबे कम होयत। 1, 2, 3, 4 आरू 5 ग्लिसरॉल इकाई के साथ बातचीत करय वाला 3PVA-(C10)2NaAlg के आईई परिणाम क्रमशः -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 आरू -9.323 eV छेलै, जबकि ग्लिसरॉल आरू 3PVA-(C10)2NaAlg के आईई -5.157 छेलै आ -9.341 ईवी, क्रमशः। चूँकि ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ऽ के परिणामस्वरूप आईपी मान म॑ कमी ​​आबी गेलै, ई लेली आणविक अभिक्रियाशीलता बढ़ी गेलै, जेकरा स॑ विद्युत रासायनिक उपकरणऽ म॑ पीवीए/NaAlg/ग्लिसरॉल मॉडल अणु केरऽ प्रयोज्यता बढ़ी जाय छै ।
तालिका 3 मे पांचवा वर्णनकर्ता लॉग पी छै, जे विभाजन गुणांक कें लघुगणक छै आ एकर उपयोग इ वर्णन करय कें लेल करल जाय छै की अध्ययन कैल जा रहल संरचना जलीय छै या जलभयकारी छै. नकारात्मक लॉग पी मान जलीय अणु के संकेत करै छै, मतलब कि ई पानी म॑ आसानी स॑ घुल जाय छै आरू कार्बनिक विलायक म॑ खराब तरीका स॑ घुल जाय छै । सकारात्मक मान एकर विपरीत प्रक्रियाक संकेत करैत अछि ।
प्राप्त परिणाम के आधार पर ई निष्कर्ष निकाललऽ जाब॑ सकै छै कि सब संरचना जलीय छै, कैन्हेंकि ओकरऽ Log P मान (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly छै आरू 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) क्रमशः -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 आरू -8.504 छै, जबकि ग्लिसरॉल केरऽ Log P मान केवल -1.081 आरू 3PVA-(C10)2Na Alg केवल -3.100 छै । एकरऽ मतलब छै कि अध्ययन करलऽ जाय रहलऽ संरचना के गुणऽ म॑ बदलाव आबै वाला छै, कैन्हेंकि पानी के अणु ओकरऽ संरचना म॑ शामिल होय जैतै ।
अंत में, सब संरचना के ध्रुवीकरण क्षमता के गणना पीएम6 स्तर पर भी अर्ध-अनुभवात्मक विधि के उपयोग करी क॑ करलऽ जाय छै । पहिने ई कहलऽ गेलऽ छेलै कि अधिकांश सामग्री के ध्रुवीकरण क्षमता विभिन्न कारकऽ प॑ निर्भर करै छै । सबसँ महत्वपूर्ण कारक अछि अध्ययन के तहत संरचना के आयतन । 3PVA आरू 2NaAlg के बीच प्रथम प्रकार के अंतःक्रिया स॑ जुड़लऽ सब संरचना लेली (परस्पर क्रिया कार्बन परमाणु संख्या 10 के माध्यम स॑ होय छै), ग्लिसरॉल केरऽ जोड़ऽ स॑ ध्रुवीकरण क्षमता म॑ सुधार होय छै । 1, 2, 3, 4 आरू 5 ग्लिसरॉल इकाई के साथ बातचीत के कारण ध्रुवीकरण क्षमता 29.690 Å स॑ बढ़ी क॑ 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 आरू 54.638 Å होय जाय छै । इस प्रकार, ई पता चललै कि सबसें अधिक ध्रुवीकरण क्षमता वाला मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly छै, जबकि सबसें कम ध्रुवीकरण क्षमता वाला मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg छै, जे 29.690 Å छै ।
QSAR वर्णनकर्ता के मूल्यांकन स॑ पता चललै कि 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly क॑ प्रतिनिधित्व करै वाला संरचना पहलऽ प्रस्तावित अंतःक्रिया लेली सबसें प्रतिक्रियाशील छै ।
पीवीए ट्राइमर आरू NaAlg डाइमर के बीच दूसरऽ इंटरैक्शन मोड लेली, परिणाम बताबै छै कि ओकरऽ चार्ज पहिलऽ इंटरैक्शन लेली पिछला खंड म॑ प्रस्तावित चार्ज के समान छै । सब संरचना के इलेक्ट्रॉनिक चार्ज शून्य छै, जेकरऽ मतलब छै कि ई सब ग्राउंड स्टेट म॑ छै ।
जैना की तालिका 4 म॑ दिखालऽ गेलऽ छै, टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg केरऽ TDM मान (PM6 स्तर प॑ गणना करलऽ गेलऽ) 11.581 Debye स॑ बढ़ी क॑ 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, आरू 15.756 होय गेलऽ छै जब॑ टर्म 1 Na Alg होय गेलऽ छै − 3PVA-Mid 1 Na Alg न॑ 1, 2, 3, 4, 5, आरू 6 यूनिट ग्लिसरॉल के साथ प्रतिक्रिया करलकै । लेकिन, ग्लिसरॉल इकाइयऽ के संख्या म॑ वृद्धि के साथ कुल ऊर्जा घट जाय छै, आरू जब॑ टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg एक निश्चित संख्या म॑ ग्लिसरॉल इकाइयऽ (1 स॑ 6) के साथ बातचीत करै छै, त॑ कुल ऊर्जा − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, होय छै । − 1418.964, आ − 1637.432 eV, क्रमशः।
दोसरऽ अंतःक्रिया संभावना के लेलऽ सिद्धांत के पीएम६ स्तर प॑ आईपी, लॉग पी आरू ध्रुवीकरण क्षमता के गणना भी करलऽ जाय छै । अतः आणविक अभिक्रियाशीलता के तीन सबसे शक्तिशाली वर्णनकर्ता पर विचार करलकै । 1, 2, 3, 4, 5 आरू 6 ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ बातचीत करय वाला End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg क॑ दर्शाबै वाला संरचना के लेलऽ, आईपी −9.385 eV स॑ बढ़ी क॑ −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 आरू −8.900 eV होय जाय छै । लेकिन ग्लिसरॉल के साथ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg के प्लास्टिसाइजेशन के कारण गणना करलऽ गेलऽ Log P मान कम छेलै । जेना-जेना ग्लिसरॉल केरऽ मात्रा १ स॑ ६ होय जाय छै, एकरऽ मान -३.६४३ के जगह -५.३३४, -६.४१५, -७.४९६, -९.०९६, -९.८६१ आरू -१०.५३ होय जाय छै । अंततः, ध्रुवीकरण केरऽ आंकड़ा स॑ पता चललै कि ग्लिसरॉल सामग्री बढ़ला स॑ टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg केरऽ ध्रुवीकरण क्षमता म॑ वृद्धि होय छै । मॉडल अणु टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg केरऽ ध्रुवीकरण क्षमता 6 ग्लिसरॉल इकाइयऽ के साथ बातचीत के बाद 31.703 Å स॑ बढ़ी क॑ 63.198 Å होय गेलै । ई बात प॑ ध्यान देना जरूरी छै कि दोसरऽ अंतःक्रिया संभावना म॑ ग्लिसरॉल इकाई के संख्या बढ़ाबै के काम ई बात के पुष्टि करै लेली करलऽ जाय छै कि परमाणु केरऽ बड़ऽ संख्या आरू जटिल संरचना के बावजूद ग्लिसरॉल सामग्री बढ़ला के साथ प्रदर्शन म॑ अखनी भी सुधार होय छै । एहि तरहें कहल जा सकैत अछि जे उपलब्ध पीवीए/एनए एल्जी/ग्लिसरीन मॉडल लिथियम-आयन बैटरी कए आंशिक रूप स बदलि सकैत अछि, मुदा एहि स बेसी शोध आ विकास क जरूरत अछि ।
कोनो सतह केरऽ सोखना के साथ बाइंडिंग क्षमता के विशेषता आरू प्रणाली के बीच विशिष्ट अंतःक्रिया के मूल्यांकन करै लेली कोनो भी दू परमाणु के बीच मौजूद बंधन के प्रकार, अंतर-आणविक आरू अंतर-आणविक परस्पर क्रिया के जटिलता, आरू सतह आरू सोखना के इलेक्ट्रॉन घनत्व वितरण के जानकारी के जरूरत छै । परस्पर क्रियाशील परमाणु के बीच बंधन महत्वपूर्ण बिंदु (बीसीपी) पर इलेक्ट्रॉन घनत्व क्यूटीएआईएम विश्लेषण म॑ बंधन ताकत के आकलन करै लेली महत्वपूर्ण छै । इलेक्ट्रॉन आवेश घनत्व जतेक बेसी होयत छै, सहसंयोजक परस्पर क्रिया ओतबे स्थिर होयत छै आ सामान्य तौर पर ई महत्वपूर्ण बिंदु पर इलेक्ट्रॉन घनत्व ओतबे बेसी होयत छै. एतबे नै, यदि कुल इलेक्ट्रॉन ऊर्जा घनत्व (H(r)) आरू लैप्लेस आवेश घनत्व (∇2ρ(r)) दूनू 0 स॑ कम होय छै त॑ ई सहसंयोजक (सामान्य) परस्पर क्रिया के उपस्थिति के संकेत दै छै । दोसरऽ तरफ जब॑ ∇2ρ(r) आरू H(r) 0.54 स॑ अधिक होय छै त॑ ई गैर-सहसंयोजक (बंद खोल) परस्पर क्रिया जेना कि कमजोर हाइड्रोजन बंधन, वैन डेर वाल्स बल आरू इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया केरऽ उपस्थिति के संकेत दै छै । QTAIM विश्लेषण स॑ अध्ययन करलऽ गेलऽ संरचना म॑ गैर-सहसंयोजक अंतःक्रिया के प्रकृति के पता चललै जैसनऽ कि चित्र 7 आरू 8 म॑ दिखालऽ गेलऽ छै ।विश्लेषण के आधार प॑ 3PVA − 2Na Alg आरू टर्म 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg के प्रतिनिधित्व करै वाला मॉडल अणु न॑ अलग-अलग ग्लाइसिन इकाइयऽ स॑ बातचीत करै वाला अणु के तुलना म॑ अधिक स्थिरता देखैलकै । एकरऽ कारण छै कि एल्गिनेट संरचना म॑ अधिक प्रचलित गैर-सहसंयोजक परस्पर क्रिया केरऽ संख्या जेना कि इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया आरू हाइड्रोजन बंधन एल्गिनेट क॑ कंपोजिट क॑ स्थिर करै म॑ सक्षम करै छै । एकरऽ अलावा, हमरऽ परिणाम 3PVA − 2Na Alg आरू टर्म 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg मॉडल अणु आरू ग्लाइसिन के बीच गैर-सहसंयोजक अंतःक्रिया के महत्व क॑ दर्शाबै छै, जे ई दर्शाबै छै कि ग्लाइसिन कंपोजिट केरऽ समग्र इलेक्ट्रॉनिक वातावरण क॑ संशोधित करै म॑ महत्वपूर्ण भूमिका निभाबै छै ।
(क) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आरू (f) 5Gly के साथ बातचीत कर रहलऽ मॉडल अणु 3PVA − 2NaAlg के QTAIM विश्लेषण ।