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सोडियम के भरपूर संसाधन के कारण सोडियम-आयन बैटरी (NIB) इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण खातिर एगो होनहार वैकल्पिक समाधान के प्रतिनिधित्व करे लीं। वर्तमान में एनआईबी टेक्नोलॉजी के बिकास में मुख्य बाधा इलेक्ट्रोड सामग्री के कमी बा जे सोडियम आयन सभ के रिवर्सिबल तरीका से लंबा समय ले स्टोर/रिलीज क सके। एह से एह अध्ययन के मकसद सैद्धांतिक रूप से एनआईबी इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में पॉलीविनाइल अल्कोहल (PVA) आ सोडियम एल्गिनेट (NaAlg) के मिश्रण पर ग्लिसरॉल के जोड़े के परभाव के जांच कइल बा। ई अध्ययन पीवीए, सोडियम एल्गिनेट, आ ग्लिसरॉल मिश्रण पर आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के इलेक्ट्रॉनिक, थर्मल, आ क्वांटैटिव स्ट्रक्चर-एक्टिविटी रिलेशनशिप (QSAR) डिस्क्रिप्टर सभ पर केंद्रित बा। एह गुण सभ के जांच अर्ध-अनुभवात्मक तरीका आ घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) के इस्तेमाल से कइल जाला। चूँकि संरचनात्मक विश्लेषण से पीवीए/एल्जिनेट आ ग्लिसरॉल के बीच के परस्पर क्रिया के विवरण मिलल, एहसे बैंड गैप ऊर्जा (उदाहरण खातिर) के जांच कइल गइल। नतीजा बतावत बा कि ग्लिसरॉल के मिलावे से Eg मान में कमी आ के 0.2814 eV हो जाला। आणविक इलेक्ट्रोस्टैटिक पोटेंशियल सतह (MESP) पूरा इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम में इलेक्ट्रॉन से भरपूर आ इलेक्ट्रॉन से गरीब इलाका आ आणविक आवेश सभ के बितरण देखावे ले। अध्ययन कइल गइल तापीय पैरामीटर सभ में एन्थाल्पी (H), एन्ट्रोपी (ΔS), ताप क्षमता (Cp), गिब्स मुक्त ऊर्जा (G) आ निर्माण के ताप सामिल बा। एकरे अलावा, एह अध्ययन में कई गो मात्रात्मक संरचना-गतिविधि संबंध (QSAR) डिस्क्रिप्टर सभ जइसे कि कुल द्विध्रुवीय मोमेंट (TDM), कुल ऊर्जा (E), आयनीकरण बिभव (IP), लॉग पी आ ध्रुवीकरण क्षमता के जांच कइल गइल। नतीजा में पाता चलल कि तापमान अवुरी ग्लिसरॉल के मात्रा बढ़ला के संगे एच, ΔS, Cp, G अवुरी TDM बढ़ गईल। एही बीच गठन, आईपी आ ई के गर्मी में कमी आइल जवना से रिएक्टिविटी आ ध्रुवीकरण क्षमता में सुधार भइल। एकरे अलावा ग्लिसरॉल के मिला के सेल वोल्टेज बढ़ के 2.488 वी हो गइल।लागत प्रभावी पीवीए/एनए एल्जी ग्लिसरॉल आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स के आधार पर डीएफटी आ पीएम6 गणना से पता चले ला कि ई लिथियम-आयन बैटरी सभ के बहुकार्यक्षमता के कारण आंशिक रूप से बदल सके लें, बाकी अउरी सुधार आ रिसर्च के जरूरत बा।
हालाँकि, लिथियम-आयन बैटरी (LIB) सभ के बहुत इस्तेमाल होला, इनहन के छोट चक्र के जीवन, ढेर लागत आ सुरक्षा के चिंता के कारण इनहन के इस्तेमाल में कई सीमा के सामना करे के पड़े ला। सोडियम-आयन बैटरी (SIB) सभ के व्यापक उपलब्धता, कम लागत आ सोडियम तत्व के गैर-विषाक्तता के कारण एलआईबी सभ के व्यवहार्य विकल्प बन सके ला। सोडियम-आयन बैटरी (SIB) इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणन खातिर एगो तेजी से महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण प्रणाली बन रहल बा1। सोडियम-आयन बैटरी आयन परिवहन के सुविधा खातिर आ विद्युत धारा पैदा करे खातिर इलेक्ट्रोलाइट्स पर बहुत निर्भर होला2,3। तरल इलेक्ट्रोलाइट्स मुख्य रूप से धातु के लवण आ कार्बनिक विलायक से बनल होलें। व्यावहारिक अनुप्रयोग में तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के सुरक्षा पर सावधानी से विचार करे के पड़ेला, खासकर जब बैटरी पर थर्मल या इलेक्ट्रिकल तनाव होखे4।
सोडियम-आयन बैटरी (SIB) सभ के निकट भविष्य में लिथियम-आयन बैटरी सभ के जगह लेवे के उमेद बा काहें से कि एकर भरपूर समुंद्र भंडार, गैर-विषाक्तता आ कम सामग्री के लागत बा। नैनोमटेरियल के संश्लेषण से डेटा स्टोरेज, इलेक्ट्रॉनिक, आ ऑप्टिकल डिवाइस सभ के बिकास में तेजी आइल बा। साहित्य के एगो बड़हन निकाय में सोडियम-आयन बैटरी सभ में बिबिध नैनोस्ट्रक्चर सभ (जइसे कि मेटल ऑक्साइड, ग्राफीन, नैनोट्यूब, आ फुलरीन) के इस्तेमाल के परमान दिहल गइल बा। शोध सोडियम-आयन बैटरी सभ खातिर बहुलक सहित एनोड सामग्री सभ के बिकास पर केंद्रित बा जे एकर बहुमुखी प्रतिभा आ पर्यावरण के अनुकूलता के कारण बा। रिचार्जेबल पॉलिमर बैटरी के क्षेत्र में शोध के रुचि निस्संदेह बढ़ी। अनोखा संरचना आ गुण वाला उपन्यास बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा भंडारण तकनीक के रास्ता खोले के संभावना बा। हालाँकि, सोडियम-आयन बैटरी सभ में इस्तेमाल खातिर बिबिध बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री सभ के खोज कइल गइल बा, ई क्षेत्र अबहिन ले बिकास के सुरुआती दौर में बा। सोडियम-आयन बैटरी खातिर, अलग-अलग संरचनात्मक बिन्यास वाला अउरी बहुलक सामग्री सभ के खोज करे के जरूरत बा। बहुलक इलेक्ट्रोड सामग्री सभ में सोडियम आयन सभ के भंडारण तंत्र के बारे में हमनी के वर्तमान जानकारी के आधार पर ई परिकल्पना कइल जा सके ला कि संयुग्मित सिस्टम में कार्बोनाइल समूह, फ्री रेडिकल्स आ हेटरोएटम सोडियम आयन सभ के साथ परस्पर क्रिया खातिर सक्रिय साइट के रूप में काम क सके लें। एह से एह सक्रिय साइट सभ के ढेर घनत्व वाला नया बहुलक सभ के बिकास कइल बहुत जरूरी बा। जेल पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट (GPE) एगो वैकल्पिक तकनीक ह जवन बैटरी के विश्वसनीयता, आयन चालकता, कवनो रिसाव, उच्च लचीलापन, अवुरी बढ़िया प्रदर्शन में सुधार करेला12।
बहुलक मैट्रिक्स में पीवीए आ पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (पीईओ)13 जइसन सामग्री शामिल बा। जेल पारगम्य बहुलक (जीपीई) बहुलक मैट्रिक्स में तरल इलेक्ट्रोलाइट के स्थिर कर देला, जवना से व्यावसायिक विभाजक के तुलना में रिसाव के खतरा कम हो जाला14। पीवीए एगो सिंथेटिक बायोडिग्रेडेबल बहुलक हवे। एकर परमिटिविटी बहुत होला, सस्ता आ गैर-जहरीला होला। ई सामग्री अपना फिल्म बनावे वाला गुण, रासायनिक स्थिरता आ आसंजन खातिर जानल जाले। एकरे अलावा एकरा में फंक्शनल (OH) समूह आ उच्च क्रॉस-लिंकिंग पोटेंशियल घनत्व भी होला15,16,17। मैट्रिक्स के क्रिस्टलीयता के कम करे आ चेन के लचीलापन बढ़ावे खातिर पीवीए आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के चालकता में सुधार खातिर पॉलिमर ब्लेंडिंग, प्लास्टिसाइजर एडिशन, कंपोजिट एडिशन आ इन सिटु पॉलिमराइजेशन तकनीक के इस्तेमाल कइल गइल बा18,19,20।
औद्योगिक अनुप्रयोग खातिर बहुलक सामग्री के बिकास खातिर ब्लेंडिंग एगो महत्वपूर्ण तरीका हवे। बहुलक मिश्रण सभ के इस्तेमाल अक्सर निम्नलिखित खातिर कइल जाला: (1) औद्योगिक अनुप्रयोग सभ में प्राकृतिक बहुलक सभ के प्रोसेसिंग गुण सभ में सुधार; (2) जैव-अपघटनीय सामग्री सभ के रासायनिक, भौतिक आ यांत्रिक गुण सभ में सुधार; आ (3) खाद्य पैकेजिंग उद्योग में नया सामग्री के तेजी से बदलत मांग के अनुकूल होखे। सहबहुलकीकरण के बिपरीत, बहुलक मिश्रण एगो कम लागत वाली प्रक्रिया हवे जेह में वांछित गुण हासिल करे खातिर जटिल रासायनिक प्रक्रिया के बजाय सरल भौतिक प्रक्रिया सभ के इस्तेमाल कइल जाला21। होमोपॉलिमर बनावे खातिर अलग-अलग बहुलक द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय बल, हाइड्रोजन बंधन, या चार्ज-हस्तांतरण परिसर के माध्यम से परस्पर क्रिया क सके लें22,23। प्राकृतिक आ सिंथेटिक बहुलक से बनल मिश्रण सभ में बेहतरीन यांत्रिक गुण सभ के साथ बढ़िया जैव संगतता के संयोजन हो सके ला, कम उत्पादन लागत पर एगो बेहतर सामग्री बनावल जा सके ला24,25। एह से सिंथेटिक आ प्राकृतिक बहुलक सभ के मिला के जैव-सम्बंधित बहुलक सामग्री बनावे में बहुत रुचि देखल गइल बा। पीवीए के सोडियम एल्गिनेट (NaAlg), सेल्यूलोज, चीटोसन आ स्टार्च के साथ मिलावल जा सके ला26।
सोडियम एल्गिनेट एगो प्राकृतिक बहुलक आ आयनिक पॉलीसैकराइड हवे जे समुद्री भूरा शैवाल से निकालल जाला। सोडियम एल्गिनेट में β-(1-4)-लिंक डी-मैन्युरोनिक एसिड (एम) आ α-(1-4)-लिंक एल-गुलुरोनिक एसिड (जी) होमोपॉलिमरिक रूप (पॉली-एम आ पॉली-जी) आ हेटरोपॉलिमर ब्लॉक (एमजी भा जीएम) में संगठित होला27। एम आ जी ब्लॉक के सामग्री आ सापेक्षिक अनुपात के एल्गिनेट के रासायनिक आ भौतिक गुण पर काफी प्रभाव पड़ेला28,29। सोडियम एल्गिनेट के जैव-अपघटन क्षमता, जैव संगतता, कम लागत, बढ़िया फिलिम बनावे वाला गुण आ गैर-विषाक्तता के कारण एकर बहुत इस्तेमाल आ अध्ययन कइल जाला। हालाँकि, एल्गिनेट चेन में बहुत सारा फ्री हाइड्रोक्सिल (OH) आ कार्बोक्जिलेट (COO) समूह सभ के कारण एल्गिनेट बहुत हाइड्रोफिलिक हो जाला। हालाँकि, एल्गिनेट के भंगुरता आ कठोरता के कारण यांत्रिक गुण खराब होला। एह से एल्गिनेट के अन्य सिंथेटिक सामग्री के साथ मिला के पानी के संवेदनशीलता आ यांत्रिक गुण में सुधार कइल जा सके ला30,31।
नया इलेक्ट्रोड सामग्री के डिजाइन करे से पहिले अक्सर डीएफटी गणना के इस्तेमाल नया सामग्री के निर्माण के व्यवहार्यता के मूल्यांकन करे खातिर कइल जाला। एकरे अलावा, वैज्ञानिक लोग प्रयोग के परिणाम के पुष्टि आ अनुमान लगावे, समय के बचत करे, रासायनिक कचरा के कम करे आ परस्पर क्रिया के व्यवहार के अनुमान लगावे खातिर आणविक मॉडलिंग के इस्तेमाल करे ला32। आणविक मॉडलिंग कई क्षेत्र सभ में बिज्ञान के एगो सशक्त आ महत्वपूर्ण शाखा बन गइल बा, जवना में सामग्री बिज्ञान, नैनोमटेरियल, कम्प्यूटेशनल केमिस्ट्री, आ दवाई के खोज सामिल बाड़ें33,34। मॉडलिंग प्रोग्राम के इस्तेमाल से वैज्ञानिक लोग सीधे आणविक डेटा हासिल क सके ला, जवना में ऊर्जा (गठन के ताप, आयनीकरण के बिभव, सक्रियण ऊर्जा इत्यादि) आ ज्यामिति (बंध कोण, बंधन के लंबाई, आ मरोड़ कोण) सामिल बा35। एकरे अलावा इलेक्ट्रॉनिक गुण (चार्ज, होमो आ लुमो बैंड गैप ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता), स्पेक्ट्रल गुण (एफटीआईआर स्पेक्ट्रा नियर बिसेसता वाला कंपन मोड आ तीव्रता), आ थोक गुण (आयतन, प्रसार, चिपचिपाहट, मापांक इत्यादि)36 के गणना कइल जा सके ला।
LiNiPO4 अपना उच्च ऊर्जा घनत्व (लगभग 5.1 V के वर्किंग वोल्टेज) के कारण लिथियम-आयन बैटरी पॉजिटिव इलेक्ट्रोड सामग्री सभ के साथ प्रतिस्पर्धा करे में संभावित फायदा देखावे ला। हाई-वोल्टेज क्षेत्र में LiNiPO4 के फायदा के पूरा तरीका से फायदा उठावे खातिर काम करे वाला वोल्टेज के कम करे के जरूरत बा काहें से कि वर्तमान में बिकसित हाई-वोल्टेज इलेक्ट्रोलाइट खाली 4.8 V से नीचे के वोल्टेज पर अपेक्षाकृत स्थिर रह सके ला। LiNiPO4 के Ni साइट में सभ 3d, 4d, आ 5d संक्रमण धातु सभ के डोपिंग के जांच कइलें, बेहतरीन इलेक्ट्रोकेमिकल परफार्मेंस वाला डोपिंग पैटर्न सभ के चयन कइलें आ LiNiPO4 के कामकाजी वोल्टेज के समायोजित कइलें जबकि एकरे इलेक्ट्रोकेमिकल परफार्मेंस के सापेक्षिक स्थिरता के बरकरार रखलें। इनहन के मिलल सभसे कम कामकाजी वोल्टेज क्रम से Ti, Nb, आ Ta-डोप LiNiPO4 खातिर 4.21, 3.76, आ 3.5037 रहल।
एह से एह अध्ययन के मकसद रिचार्जेबल आयन-आयन बैटरी में एकरे प्रयोग खातिर क्वांटम मैकेनिकल गणना के इस्तेमाल से पीवीए/NaAlg सिस्टम के इलेक्ट्रॉनिक गुण, क्यूएसएआर डिस्क्रिप्टर आ थर्मल गुण सभ पर प्लास्टिसाइजर के रूप में ग्लिसरॉल के परभाव के सैद्धांतिक रूप से जांच कइल बा। पीवीए/NaAlg मॉडल आ ग्लिसरॉल के बीच आणविक परस्पर क्रिया सभ के बिस्लेषण बेडर के क्वांटम एटॉमिक थ्योरी ऑफ अणु (QTAIM) के इस्तेमाल से कइल गइल।
NaAlg के साथ आ फिर ग्लिसरॉल के साथ पीवीए के परस्पर क्रिया के प्रतिनिधित्व करे वाला एगो अणु मॉडल के डीएफटी के इस्तेमाल से अनुकूलित कइल गइल। मॉडल के गणना स्पेक्ट्रोस्कोपी विभाग, नेशनल रिसर्च सेंटर, काहिरा, मिस्र में गाउसीयन 0938 सॉफ्टवेयर के इस्तेमाल से कइल गइल। मॉडल के B3LYP/6-311G (d, p) level39,40,41,42 पर DFT के उपयोग से अनुकूलित कइल गइल। अध्ययन कइल गइल मॉडल सभ के बीच के परस्पर क्रिया के सत्यापन करे खातिर, सिद्धांत के एकही स्तर पर कइल गइल आवृत्ति अध्ययन अनुकूलित ज्यामिति के स्थिरता के देखावे ला। सभ मूल्यांकन कइल गइल आवृत्ति सभ के बीच नकारात्मक आवृत्ति सभ के अभाव संभावित ऊर्जा सतह पर सही सकारात्मक न्यूनतम में अनुमानित संरचना के उजागर करे ला। भौतिक पैरामीटर जइसे कि टीडीएम, होमो/लुमो बैंड गैप ऊर्जा आ एमईएसपी के गणना सिद्धांत के एकही क्वांटम मैकेनिकल स्तर पर कइल गइल। एकरे अलावा, कुछ तापीय पैरामीटर सभ जइसे कि गठन के अंतिम ताप, मुक्त ऊर्जा, एन्ट्रोपी, एन्थाल्पी आ ताप क्षमता के गणना तालिका 1 में दिहल सूत्र सभ के इस्तेमाल से कइल गइल।अध्ययन कइल गइल संरचना सभ के सतह पर होखे वाला परस्पर क्रिया सभ के पहिचान करे खातिर अध्ययन कइल गइल मॉडल सभ के अणु सभ में परमाणु सभ के क्वांटम सिद्धांत (QTAIM) बिस्लेषण के अधीन कइल गइल। ई गणना गाउसीयन 09 सॉफ्टवेयर कोड में “output=wfn” कमांड के इस्तेमाल से कइल गइल आ ओकरा बाद एवोगाड्रो सॉफ्टवेयर कोड43 के इस्तेमाल से विजुअलाइज कइल गइल।
जहाँ E आंतरिक ऊर्जा हवे, P दबाव हवे, V आयतन हवे, Q सिस्टम आ एकरे पर्यावरण के बीच ताप के आदान-प्रदान हवे, T तापमान हवे, ΔH एन्थाल्पी परिवर्तन हवे, ΔG मुक्त ऊर्जा परिवर्तन हवे, ΔS एन्ट्रोपी परिवर्तन हवे, a आ b कंपन पैरामीटर हवे, q परमाणु आवेश हवे, आ C परमाणु इलेक्ट्रॉन घनत्व हवे44,45। अंत में, इहे संरचना सभ के अनुकूलित कइल गइल आ मिस्र के काहिरा में नेशनल रिसर्च सेंटर के स्पेक्ट्रोस्कोपी विभाग में SCIGRESS सॉफ्टवेयर कोड46 के इस्तेमाल से PM6 स्तर पर QSAR पैरामीटर सभ के गणना कइल गइल।
हमनी के पिछला काम47 में, हमनी के सबसे संभावित मॉडल के मूल्यांकन कईनी जा जवन तीन पीवीए इकाई के दुगो NaAlg इकाई के संगे परस्पर क्रिया के वर्णन कईले रहे, जवना में ग्लिसरॉल प्लास्टिसाइजर के रूप में काम करेला। जइसन कि ऊपर बतावल गइल बा, पीवीए आ NaAlg के परस्पर क्रिया के दू गो संभावना बा। दुनों मॉडल, जेकरा के 3PVA-2Na Alg (कार्बन नंबर 10 के आधार पर) आ टर्म 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg नाँव दिहल गइल बा, बिचार कइल गइल अन्य संरचना सभ के तुलना में सभसे छोट ऊर्जा अंतराल मान48 बा। एह से, पीवीए/Na Alg मिश्रण बहुलक के सभसे संभावित मॉडल पर Gly के जोड़े के परभाव के जांच बाद के दू गो संरचना सभ के इस्तेमाल से कइल गइल: 3PVA-(C10)2Na Alg (सादगी खातिर 3PVA-2Na Alg कहल जाला) आ टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg। साहित्य के अनुसार, पीवीए, NaAlg आ ग्लिसरॉल हाइड्रोक्सिल फंक्शनल समूह सभ के बीच खाली कमजोर हाइड्रोजन बंधन बना सके लें। चूँकि पीवीए ट्राइमर आ NaAlg आ ग्लिसरॉल डाइमर दुनों में कई गो OH समूह होलें, एह से संपर्क के एहसास OH समूह सभ में से कौनों एक के माध्यम से कइल जा सके ला। चित्र 1 में मॉडल ग्लिसरॉल अणु आ मॉडल अणु 3PVA-2Na Alg के बीच के परस्पर क्रिया देखावल गइल बा आ चित्र 2 में मॉडल अणु टर्म 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg आ ग्लिसरॉल के अलग-अलग एकाग्रता के बीच के परस्पर क्रिया के निर्मित मॉडल देखावल गइल बा।
अनुकूलित संरचना: (a) Gly आ 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आ (f) 5 Gly के साथ परस्पर क्रिया करे लें।
(a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, आ (f) 6 Gly के साथ बातचीत करे वाला टर्म 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg के अनुकूलित संरचना।
कवनो भी इलेक्ट्रोड सामग्री के रिएक्टिविटी के अध्ययन करत समय इलेक्ट्रॉन बैंड गैप ऊर्जा एगो महत्वपूर्ण पैरामीटर हवे जेकरा पर बिचार कइल जाला। काहें से कि ई इलेक्ट्रॉन सभ के बेहवार के वर्णन करे ला जब सामग्री में बाहरी बदलाव होला। एह से अध्ययन कइल गइल सभ संरचना सभ खातिर होमो/लुमो के इलेक्ट्रॉन बैंड गैप ऊर्जा सभ के अनुमान लगावल जरूरी बा। तालिका 2 में ग्लिसरॉल के जोड़े के कारण 3PVA-(C10)2Na Alg आ टर्म 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg के HOMO/LUMO ऊर्जा में बदलाव देखावल गइल बा। ref47 के अनुसार, 3PVA-(C10)2Na Alg के Eg मान 0.2908 eV बाटे जबकि दूसरा परस्पर क्रिया के संभावना के देखावे वाला संरचना के Eg मान (अर्थात, टर्म 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0.5706 eV बाटे।
हालाँकि, ई पावल गइल कि ग्लिसरॉल के मिलावे से 3PVA-(C10)2Na Alg के Eg मान में मामूली बदलाव भइल। जब 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 आ 5 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ परस्पर क्रिया कइलस तब एकर Eg मान क्रम से 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 आ 0.281 eV हो गइल। हालाँकि, एगो मूल्यवान जानकारी बा कि 3 गो ग्लिसरॉल यूनिट जोड़ला के बाद Eg मान 3PVA-(C10)2Na Alg के तुलना में छोट हो गइल। पांच गो ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ 3PVA-(C10)2Na Alg के परस्पर क्रिया के प्रतिनिधित्व करे वाला मॉडल सभसे संभावित परस्पर क्रिया मॉडल हवे। एकर मतलब ई बा कि जइसे-जइसे ग्लिसरॉल इकाई सभ के संख्या बढ़े ले, परस्पर क्रिया के संभावना भी बढ़े ले।
एही बीच, परस्पर क्रिया के दूसरा संभावना खातिर, 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 के प्रतिनिधित्व करे वाला मॉडल अणु सभ के HOMO/LUMO ऊर्जा Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly आ टर्म 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 आ 0.496 हो जाला ईवी, क्रमशः के बा। तालिका 2 में सभ संरचना सभ खातिर गणना कइल गइल होमो/लुमो बैंड गैप ऊर्जा सभ के देखावल गइल बा। एतने ना, पहिला समूह के बातचीत संभावना के उहे व्यवहार इहाँ दोहरावल जाला।
ठोस अवस्था के भौतिकी में बैंड सिद्धांत के कहनाम बा कि जइसे-जइसे इलेक्ट्रोड पदार्थ के बैंड गैप घटत जाला, सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक चालकता बढ़े ले। डोपिंग सोडियम-आयन कैथोड सामग्री सभ के बैंड गैप के कम करे के एगो आम तरीका हवे। जियांग एट अल के बा। β-NaMnO2 परतदार सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक चालकता में सुधार खातिर Cu डोपिंग के इस्तेमाल कइलस। डीएफटी गणना के इस्तेमाल से ओह लोग के पता चलल कि डोपिंग से सामग्री के बैंड गैप 0.7 eV से घट के 0.3 eV हो जाला। ई बतावे ला कि Cu डोपिंग से β-NaMnO2 सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक चालकता में सुधार होला।
एमईएसपी के परिभाषित कइल जाला कि आणविक आवेश बितरण आ एकही सकारात्मक आवेश के बीच के परस्पर क्रिया ऊर्जा। एमईएसपी के रासायनिक गुण आ अभिक्रियाशीलता के समझे आ व्याख्या करे खातिर एगो कारगर उपकरण मानल जाला। बहुलक सामग्री सभ के बीच परस्पर क्रिया के तंत्र के समझे खातिर एमईएसपी के इस्तेमाल कइल जा सके ला। एमईएसपी अध्ययन के तहत यौगिक के भीतर आवेश वितरण के वर्णन करेला। एकरा अलावा एमईएसपी अध्ययन के तहत सामग्री में सक्रिय साइट के बारे में जानकारी देला32। चित्र 3 में 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, आ 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly सिद्धांत के B3LYP/6-311G (d, p) स्तर पर भविष्यवाणी कइल गइल।
(b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आ (f) 5 Gly के साथ बातचीत करे वाला (a) Gly आ 3PVA − 2Na Alg खातिर B3LYP/6-311 g(d, p) के साथ गणना कइल गइल MESP समोच्च।
एही बीच, चित्र 4 में 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 खातिर MESP के गणना कइल परिणाम देखावल गइल बा 1Na Alg-3PVA – क्रम से मिड 1Na Alg − 4Gly, टर्म 1Na Alg- 3PVA – मिड 1Na Alg- 5gly आ टर्म 1Na Alg-3PVA – मिड 1Na Alg − 6Gly। गणना कइल गइल एमईएसपी के समोच्च व्यवहार के रूप में देखावल जाला। समोच्च रेखा सभ के अलग-अलग रंग से देखावल जाला। हर रंग एगो अलग इलेक्ट्रोनेगेटिविटी मान के प्रतिनिधित्व करेला। लाल रंग बहुत इलेक्ट्रोनेगेटिव भा रिएक्टिव साइट सभ के संकेत देला। एही बीच पीला रंग संरचना में तटस्थ जगह 49, 50, 51 के प्रतिनिधित्व करेला। एमईएसपी के नतीजा से पता चलल कि अध्ययन कईल गईल मॉडल के आसपास लाल रंग के बढ़ोतरी के संगे 3PVA-(C10)2Na Alg के रिएक्टिविटी बढ़ गईल। एही बीच, टर्म 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg मॉडल अणु के MESP मैप में लाल रंग के तीव्रता अलग-अलग ग्लिसरॉल सामग्री के साथ परस्पर क्रिया के कारण कम हो जाला। प्रस्तावित संरचना के आसपास लाल रंग के बितरण में बदलाव रिएक्टिविटी के देखावे ला जबकि तीव्रता में बढ़ती ग्लिसरॉल सामग्री में बढ़ती के कारण 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल अणु के इलेक्ट्रोनेगेटिविटी में बढ़ती के पुष्टि करे ला।
B3LYP/6-311 g (d, p) गणना कइल गइल MESP टर्म के 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, आ (f) 6 Gly के साथ बातचीत करे वाला।
सभ प्रस्तावित संरचना सभ के तापीय पैरामीटर जइसे कि एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी, ताप क्षमता, मुक्त ऊर्जा आ निर्माण के ताप के गणना 200 K से 500 K ले के रेंज में अलग-अलग तापमान पर कइल जाला।भौतिक सिस्टम सभ के व्यवहार के वर्णन करे खातिर, इनहन के इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार के अध्ययन के अलावा, एक दुसरे के साथ परस्पर क्रिया के कारण तापमान के फंक्शन के रूप में इनहन के तापीय व्यवहार के अध्ययन भी जरूरी बा, जेकर गणना समीकरण सभ के इस्तेमाल से कइल जा सके ला तालिका 1 में दिहल गइल बा।एह तापीय पैरामीटर सभ के अध्ययन के अलग-अलग तापमान पर अइसन भौतिक सिस्टम सभ के प्रतिक्रियाशीलता आ स्थिरता के एगो महत्वपूर्ण संकेतक मानल जाला।
रहल बात पीवीए ट्राइमर के एन्थाल्पी के त ई पहिले NaAlg डाइमर के साथ रिएक्शन करे ला, फिर कार्बन परमाणु #10 से जुड़ल OH समूह के माध्यम से आ अंत में ग्लिसरॉल के साथ। एन्थाल्पी ऊष्मागतिकी प्रणाली में ऊर्जा के माप हवे। एन्थाल्पी कौनों सिस्टम में कुल ताप के बराबर होला, जवन सिस्टम के आंतरिक ऊर्जा के बराबर होला आ एकरे आयतन आ दबाव के गुणनफल के बराबर होला। यानी एन्थाल्पी से पता चलेला कि कवनो पदार्थ में केतना गर्मी आ काम मिलावल जाला भा ओकरा से हटावल जाला52।
चित्र 5 में 3PVA-(C10)2Na Alg के अलग-अलग ग्लिसरॉल सांद्रता के साथ रिएक्शन के दौरान एन्थाल्पी में बदलाव देखावल गइल बा। संक्षिप्त नाँव A0, A1, A2, A3, A4, आ A5 मॉडल अणु सभ के प्रतिनिधित्व करे ला 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, आ 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, क्रमशः। चित्र 5a से पता चलेला कि तापमान आ ग्लिसरॉल के मात्रा बढ़ला के साथ एन्थाल्पी बढ़ जाला। 200 K पर 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (अर्थात, A5) के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना के एन्थाल्पी 27.966 cal/mol होला जबकि 200 K पर 3PVA- 2NaAlg के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना के एन्थाल्पी 13.490 cal/mol होला। अंत में, चूंकि एन्थाल्पी सकारात्मक होला, एह से ई रिएक्शन एंडोथर्मिक होला।
एन्ट्रोपी के परिभाषित कइल जाला कि ई बंद ऊष्मागतिकी सिस्टम में अनुपलब्ध ऊर्जा के माप हवे आ अक्सर एकरा के सिस्टम के बिकार के माप मानल जाला। चित्र 5b में तापमान के साथ 3PVA-(C10)2NaAlg के एन्ट्रोपी में बदलाव देखावल गइल बा आ ई अलग-अलग ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ कइसे परस्पर क्रिया करे ला। ग्राफ से पता चलेला कि तापमान 200 K से बढ़ के 500 K तक एन्ट्रोपी में रेखीय रूप से बदलाव होला चित्र 5b से साफ पता चलेला कि 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल के एन्ट्रोपी 200 K पर 200 cal/K/mol के ओर झुकेला काहे कि 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल में जाली के विकार कम होला। जइसे-जइसे तापमान बढ़े ला, 3PVA-(C10)2Na Alg मॉडल अव्यवस्थित हो जाला आ तापमान बढ़े के साथ एन्ट्रोपी में बढ़ती के बिबरन देला। एतने ना, ई साफ बा कि 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly के संरचना में एन्ट्रोपी मान सबसे अधिका होला।
इहे व्यवहार चित्र 5c में भी देखल गइल बा, जवना में तापमान के साथ ताप क्षमता में बदलाव देखावल गइल बा। ताप क्षमता कौनों पदार्थ के तापमान में 1 °C47 बदले खातिर जरूरी ताप के मात्रा हवे। चित्र 5c में 1, 2, 3, 4, आ 5 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ परस्पर क्रिया के कारण मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg के ताप क्षमता में बदलाव देखावल गइल बा। आकृति से पता चले ला कि मॉडल 3PVA-(C10)2NaAlg के ताप क्षमता तापमान के साथ रेखीय रूप से बढ़े ले। तापमान बढ़ला के साथ ताप क्षमता में देखल गइल बढ़ती के कारण फोनोन तापीय कंपन बतावल जाला। एकरे अलावा, अइसन सबूत बाड़ें कि ग्लिसरॉल के मात्रा बढ़ावे से मॉडल 3PVA-(C10)2NaAlg के ताप क्षमता में बढ़ती होला। एकरे अलावा, संरचना से पता चले ला कि 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly के ताप क्षमता मान अन्य संरचना सभ के तुलना में सभसे ढेर होला।
अध्ययन कइल गइल संरचना सभ खातिर अन्य पैरामीटर सभ जइसे कि मुक्त ऊर्जा आ गठन के अंतिम ताप के गणना कइल गइल आ ई क्रम से चित्र 5d आ e में देखावल गइल बाड़ें। निर्माण के अंतिम ताप कौनों शुद्ध पदार्थ के निर्माण के दौरान लगातार दबाव में एकरे घटक तत्व सभ से निकले वाली भा सोखल ताप के कहल जाला। मुक्त ऊर्जा के ऊर्जा नियर गुण के रूप में परिभाषित कइल जा सके ला, मने कि एकर मान हर ऊष्मागतिकी अवस्था में पदार्थ के मात्रा पर निर्भर करे ला। 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly के निर्माण के मुक्त ऊर्जा आ ताप सभसे कम रहल आ क्रम से -1318.338 आ -1628.154 किलोकैलोरी/मोल रहल। एकरे बिपरीत, 3PVA-(C10)2NaAlg के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना में अन्य संरचना सभ के तुलना में सभसे ढेर मुक्त ऊर्जा आ निर्माण के ताप मान क्रम से -690.340 आ -830.673 किलोकैलोरी/मोल होला। जइसे कि चित्र 5 में देखावल गइल बा, ग्लिसरॉल के साथ परस्पर क्रिया के कारण बिबिध तापीय गुण सभ में बदलाव होला। गिब्स मुक्त ऊर्जा नकारात्मक बा, ई बतावे ला कि प्रस्तावित संरचना स्थिर बा।
PM6 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- 1 के तापीय पैरामीटर के गणना कइलस। (C10) 2Na Alg − 4 Gly (मॉडल A4), आ 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (मॉडल A5), जहाँ (a) एन्थाल्पी, (b) एन्ट्रोपी, (c) ताप क्षमता, (d) मुक्त ऊर्जा, आ (e) निर्माण के ताप हवे।
दूसर ओर, पीवीए ट्राइमर आ डाइमेरिक NaAlg के बीच दूसरा इंटरैक्शन मोड पीवीए ट्राइमर संरचना में टर्मिनल आ मिडिल OH समूह में होला। जइसे कि पहिला समूह में भइल, थर्मल पैरामीटर के गणना ओही स्तर के सिद्धांत के इस्तेमाल से कइल गइल। चित्र 6a-e में एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी, ताप क्षमता, मुक्त ऊर्जा आ अंत में, निर्माण के ताप के भिन्नता देखावल गइल बा। चित्र 6a-c से पता चले ला कि टर्म 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg के एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आ ताप क्षमता 1, 2, 3, 4, 5 आ 6 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ बातचीत करे पर पहिला समूह के समान व्यवहार देखावे ले। एतने ना, तापमान बढ़ला के संगे एकर मान धीरे-धीरे बढ़ जाला। एकरे अलावा, प्रस्तावित टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg मॉडल में, ग्लिसरॉल सामग्री के बढ़ती के साथ एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आ ताप क्षमता के मान बढ़ल। संक्षिप्त नाँव B0, B1, B2, B3, B4, B5 आ B6 क्रम से निम्नलिखित संरचना सभ के प्रतिनिधित्व करे लें: टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 3gly, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 5 Gly आ टर्म 1 Na Alg- 3PVA- मध्य 1 Na Alg − 6 Gly। जइसे कि चित्र 6a–c में देखावल गइल बा, ई साफ बा कि ग्लिसरॉल इकाई के संख्या 1 से 6 तक बढ़ला पर एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आ ताप क्षमता के मान बढ़ जाला।
PM6 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- मिड 1 Na Alg – 1 के तापीय पैरामीटर के गणना कइलस। 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), आ टर्म 1 Na Alg- 3PVA- मिड 1 Na Alg – 6 Gly (मॉडल B6), जवना में (क) एन्थाल्पी, (b) एन्ट्रोपी, (c) ताप शामिल बा क्षमता, (घ) मुक्त ऊर्जा, आ (ङ) गठन के ताप।
एकरे अलावा, टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना में अन्य संरचना सभ के तुलना में एन्थाल्पी, एन्ट्रोपी आ ताप क्षमता के सभसे ढेर मान होला। इनहन में से इनहन के मान टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg में 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K आ 131.323 kcal/mol से बढ़ के 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K आ टर्म 1 Na में 275.923 kcal/mol हो गइल Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, क्रमशः के बा।
हालाँकि, चित्र 6d आ e में मुक्त ऊर्जा के तापमान पर निर्भरता आ गठन के अंतिम ताप (HF) देखावल गइल बा। एचएफ के परिभाषित कइल जा सके ला कि एन्थाल्पी में बदलाव तब होला जब कौनों पदार्थ के एक मोल प्राकृतिक आ मानक स्थिति में एकरे तत्व सभ से बने ला। आकृति से ई साफ बा कि अध्ययन कइल गइल सगरी संरचना सभ के मुक्त ऊर्जा आ निर्माण के अंतिम ताप तापमान पर रेखीय निर्भरता देखावे ला, मने कि तापमान बढ़ले के साथ ई धीरे-धीरे आ रेखीय रूप से बढ़े लीं। एकरे अलावा, ई आँकड़ा इहो पुष्टि कइलस कि टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना में सभसे कम मुक्त ऊर्जा आ सभसे कम HF होला। दुनों पैरामीटर 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly के टर्म में -758.337 से -899.741 K cal/mol हो गइल आ -1,476.591 आ -1,828.523 K cal/mol हो गइल। नतीजा से पता चलता कि ग्लिसरॉल यूनिट बढ़ला के संगे एचएफ में कमी आवेला। एकर मतलब ई बा कि कामकाजी समूह सभ के बढ़ती के कारण रिएक्टिविटी भी बढ़ जाले आ एही से रिएक्शन के अंजाम देवे खातिर कम ऊर्जा के जरूरत पड़े ला। एह से ई पुष्टि होला कि प्लास्टिसाइज्ड पीवीए/NaAlg के बैटरी में इस्तेमाल कइल जा सके ला काहें से कि एकर रिएक्टिविटी बहुत होला।
आमतौर पर तापमान के परभाव के दू तरह में बाँटल जाला: कम तापमान के परभाव आ ढेर तापमान के परभाव। कम तापमान के परभाव मुख्य रूप से उच्च अक्षांश पर स्थित देस सभ में महसूस कइल जाला, जइसे कि ग्रीनलैंड, कनाडा, आ रूस। जाड़ा में एह जगहन पर बाहरी हवा के तापमान शून्य डिग्री सेल्सियस से काफी नीचे होला। लिथियम-आयन बैटरी सभ के जीवनकाल आ परफार्मेंस कम तापमान से प्रभावित हो सके ला, खासतौर पर प्लग-इन हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन, शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहन आ हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन सभ में इस्तेमाल होखे वाला बैटरी सभ। अंतरिक्ष यात्रा एगो अउरी ठंडा माहौल हवे जेह में लिथियम-आयन बैटरी के जरूरत होला। उदाहरण खातिर मंगल ग्रह पर तापमान -120 डिग्री सेल्सियस ले गिर सके ला जे अंतरिक्ष यान में लिथियम-आयन बैटरी के इस्तेमाल में काफी बाधा पैदा करे ला। कम ऑपरेटिंग तापमान के कारण लिथियम-आयन बैटरी सभ के चार्ज ट्रांसफर रेट आ रासायनिक रिएक्शन एक्टिविटी में कमी हो सके ला, जेकरा चलते इलेक्ट्रोड के अंदर लिथियम आयन सभ के प्रसार दर आ इलेक्ट्रोलाइट में आयनिक चालकता में कमी हो सके ला। एह गिरावट के परिणामस्वरूप ऊर्जा क्षमता आ शक्ति में कमी आवेला, आ कबो-कबो प्रदर्शन में भी कमी आवेला53।
उच्च तापमान के परभाव एप्लीकेशन के माहौल के बिसाल रेंज में होला, जवना में उच्च आ कम तापमान दुनों के वातावरण सामिल बा जबकि कम तापमान के परभाव मुख्य रूप से कम तापमान के एप्लीकेशन वातावरण तक सीमित होला। कम तापमान के परभाव मुख्य रूप से परिवेश के तापमान से निर्धारित होला जबकि उच्च तापमान के परभाव के आमतौर पर संचालन के दौरान लिथियम-आयन बैटरी के अंदर के ढेर तापमान के कारण ढेर सटीक रूप से बतावल जाला।
लिथियम-आयन बैटरी सभ उच्च करंट के स्थिति में गर्मी पैदा करे लीं (जवना में तेजी से चार्जिंग आ तेजी से डिस्चार्जिंग भी सामिल बा), जेकरा चलते अंदरूनी तापमान बढ़ जाला। उच्च तापमान के संपर्क में अइला से बैटरी के परफार्मेंस में गिरावट भी हो सके ला, जवना में क्षमता आ पावर के नुकसान भी सामिल बा। आमतौर पर लिथियम के नुकसान आ उच्च तापमान पर सक्रिय सामग्री सभ के रिकवरी से क्षमता के नुकसान होला आ बिजली के नुकसान आंतरिक प्रतिरोध में बढ़ती के कारण होला। अगर तापमान बेकाबू हो जाला तब थर्मल रनवे हो जाला जेवना से कुछ मामिला में अनायास दहन भा बिस्फोट तक हो सके ला।
क्यूएसएआर गणना एगो कम्प्यूटेशनल भा गणितीय मॉडलिंग तरीका हवे जेकर इस्तेमाल यौगिक सभ के जैविक गतिविधि आ संरचनात्मक गुण सभ के बीच संबंध के पहिचान करे खातिर कइल जाला। सभ डिजाइन कइल अणु सभ के अनुकूलित कइल गइल आ कुछ क्यूएसएआर गुण सभ के गणना पीएम6 स्तर पर कइल गइल। तालिका 3 में कुछ गणना कइल गइल क्यूएसएआर वर्णनकर्ता सभ के लिस्ट दिहल गइल बा। अइसन डिस्क्रिप्टर सभ के उदाहरण चार्ज, टीडीएम, कुल ऊर्जा (E), आयनीकरण बिभव (IP), लॉग पी, आ ध्रुवीकरण क्षमता (IP आ लॉग पी के निर्धारण करे खातिर सूत्र सभ खातिर तालिका 1 देखल जाय) बाड़ें।
गणना के परिणाम बतावे ला कि अध्ययन कइल गइल सगरी संरचना सभ के कुल चार्ज शून्य बा काहें से कि ई ग्राउंड स्टेट में बाड़ी सऽ। पहिला इंटरैक्शन संभावना खातिर ग्लिसरॉल के टीडीएम 3PVA-(C10) 2Na Alg खातिर 2.788 Debye आ 6.840 Debye रहे, जबकि TDM मान बढ़ के 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye आ 12.779 Debye जब... 3PVA-(C10) 2Na Alg क्रमशः 1, 2, 3, 4 आ 5 इकाई ग्लिसरॉल के साथ बातचीत कइलस। टीडीएम मान जेतना अधिका होई, पर्यावरण के साथे एकर रिएक्टिविटी ओतने अधिका होई।
कुल ऊर्जा (E) के भी गणना कइल गइल, आ ग्लिसरॉल आ 3PVA-(C10)2 NaAlg के E मान क्रम से -141.833 eV आ -200092.503 eV पावल गइल। एही बीच, 3PVA-(C10)2 NaAlg के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना सभ 1, 2, 3, 4 आ 5 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ परस्पर क्रिया करे लीं; ई क्रमशः -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 आ -1548.031 ईवी हो जाला। ग्लिसरॉल के मात्रा बढ़ावे से कुल ऊर्जा में कमी आवे ला आ एही से रिएक्टिविटी में बढ़ती होला। कुल ऊर्जा के गणना के आधार पर ई निष्कर्ष निकालल गइल कि मॉडल अणु, जे 3PVA-2Na Alg-5 Gly हवे, बाकी मॉडल अणु सभ के तुलना में ढेर रिएक्टिव बा। ई घटना इनहन के संरचना से संबंधित बा। 3PVA-(C10)2NaAlg में खाली दू गो -COONa समूह होलें जबकि बाकी संरचना सभ में दू गो -COONa समूह होलें बाकी कई गो OH समूह होलें, मने कि पर्यावरण के प्रति इनहन के रिएक्टिविटी बढ़ जाला।
एकरे अलावा, एह अध्ययन में सभ संरचना सभ के आयनीकरण ऊर्जा (IE) सभ पर बिचार कइल गइल बा। आयनीकरण ऊर्जा अध्ययन कइल गइल मॉडल के अभिक्रियाशीलता के माप खातिर एगो महत्वपूर्ण पैरामीटर हवे। इलेक्ट्रॉन के अणु के एक बिंदु से अनंत तक ले जाए खातिर जवन ऊर्जा के जरूरत होला ओकरा के आयनीकरण ऊर्जा कहल जाला। ई अणु के आयनीकरण (अर्थात अभिक्रियाशीलता) के डिग्री के प्रतिनिधित्व करे ला। आयनीकरण ऊर्जा जेतना अधिका होई, अभिक्रियाशीलता ओतने कम होई। 1, 2, 3, 4 आ 5 ग्लिसरॉल इकाई के साथ बातचीत करे वाला 3PVA-(C10)2NaAlg के आईई रिजल्ट क्रमशः -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 आ -9.323 eV रहे जबकि ग्लिसरॉल आ 3PVA-(C10)2NaAlg के आईई -5.157 रहे आ क्रमशः -9.341 ईवी के बा। चूँकि ग्लिसरॉल के जोड़े से आईपी मान में कमी आइल, आणविक रिएक्टिविटी बढ़ल, जेकरा चलते इलेक्ट्रोकेमिकल डिवाइस सभ में पीवीए/NaAlg/ग्लिसरॉल मॉडल अणु के प्रयोज्यता बढ़ जाला।
तालिका 3 में पाँचवाँ वर्णनकर्ता लॉग पी हवे जे बिभाजन गुणांक के लघुगणक हवे आ एकर इस्तेमाल ई बतावे खातिर कइल जाला कि अध्ययन कइल जा रहल संरचना हाइड्रोफिलिक बा कि हाइड्रोफोबिक। नकारात्मक लॉग पी मान हाइड्रोफिलिक अणु के संकेत देला, मने कि ई पानी में आसानी से घुल जाला आ कार्बनिक विलायक में खराब तरीका से घुल जाला। सकारात्मक मान एकरा उल्टा प्रक्रिया के संकेत देला।
प्राप्त परिणाम के आधार पर ई निष्कर्ष निकालल जा सके ला कि सभ संरचना हाइड्रोफिलिक होलीं, काहें से कि इनहन के Log P मान (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly होला आ 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) क्रम से -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 आ -8.504 होला जबकि ग्लिसरॉल के Log P मान खाली -1.081 आ 3PVA-(C10)2Na Alg महज -3.100 होला। एकर मतलब ई बा कि जवना संरचना के अध्ययन कइल जा रहल बा ओकर गुण बदल जाई जइसे-जइसे पानी के अणु सभ के ओकर संरचना में सामिल कइल जाई।
अंत में, सभ संरचना सभ के ध्रुवीकरण क्षमता सभ के गणना भी पीएम6 स्तर पर अर्ध-अनुभवात्मक तरीका के इस्तेमाल से कइल जाला। पहिले ई बतावल गइल रहे कि अधिकतर सामग्री सभ के ध्रुवीकरण क्षमता बिबिध कारक सभ पर निर्भर करे ले। सबसे महत्वपूर्ण कारक अध्ययन के तहत संरचना के आयतन बा। 3PVA आ 2NaAlg के बीच पहिला प्रकार के परस्पर क्रिया से जुड़ल सभ संरचना सभ खातिर (परस्पर क्रिया कार्बन परमाणु नंबर 10 के माध्यम से होला), ग्लिसरॉल के जोड़े से ध्रुवीकरण क्षमता में सुधार होला। 1, 2, 3, 4 आ 5 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ परस्पर क्रिया के कारण ध्रुवीकरण क्षमता 29.690 Å से बढ़ के 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 आ 54.638 Å हो जाले। एह तरीका से ई पावल गइल कि सभसे ढेर ध्रुवीकरण क्षमता वाला मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly बाटे जबकि सभसे कम ध्रुवीकरण क्षमता वाला मॉडल अणु 3PVA-(C10)2NaAlg बाटे जे 29.690 Å बाटे।
QSAR डिस्क्रिप्टर सभ के मूल्यांकन से पता चलल कि 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना पहिला प्रस्तावित परस्पर क्रिया खातिर सभसे रिएक्टिव बा।
पीवीए ट्राइमर आ NaAlg डाइमर के बीच दूसरा इंटरैक्शन मोड खातिर, परिणाम बतावे ला कि इनहन के चार्ज पहिला इंटरैक्शन खातिर पिछला खंड में प्रस्तावित चार्ज नियर बा। सभ संरचना सभ में इलेक्ट्रॉनिक चार्ज शून्य होला, मने कि ई सभ ग्राउंड स्टेट में होलें।
जइसे कि तालिका 4 में देखावल गइल बा, टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg के TDM मान (PM6 स्तर पर गणना कइल गइल) 11.581 Debye से बढ़ के 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, आ 15.7566 हो गइल जब टर्म 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5, आ 6 इकाई ग्लिसरॉल के साथ रिएक्शन कइलस। हालाँकि, ग्लिसरॉल इकाई सभ के संख्या बढ़ले के साथ कुल ऊर्जा में कमी आवे ले आ जब टर्म 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg एगो निश्चित संख्या में ग्लिसरॉल इकाई सभ (1 से 6) के साथ परस्पर क्रिया करे ला तब कुल ऊर्जा − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, होले। − 1418.964, आ − 1637.432 ईवी, क्रमशः बा।
दूसरा इंटरैक्शन संभावना खातिर, आईपी, लॉग पी आ ध्रुवीकरण क्षमता के भी गणना सिद्धांत के पीएम6 स्तर पर कइल जाला। एह से ई लोग आणविक अभिक्रियाशीलता के तीन गो सभसे ताकतवर वर्णनकर्ता पर बिचार कइल। 1, 2, 3, 4, 5 आ 6 ग्लिसरॉल इकाई सभ के साथ परस्पर क्रिया करे वाली End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg के प्रतिनिधित्व करे वाली संरचना सभ खातिर, IP −9.385 eV से बढ़ के −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 आ −8.900 eV हो जाला। हालांकि, ग्लिसरॉल के साथ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg के प्लास्टिसाइजेशन के कारण गणना कइल गइल Log P मान कम रहे। जइसे-जइसे ग्लिसरॉल के मात्रा 1 से बढ़ के 6 हो जाला, एकर मान -3.643 के जगह -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 आ -10.53 हो जाला। अंत में, ध्रुवीकरण के आंकड़ा से पता चलल कि ग्लिसरॉल के सामग्री बढ़ला से टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg के ध्रुवीकरण क्षमता में बढ़ोतरी भईल। मॉडल अणु टर्म 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg के ध्रुवीकरण क्षमता 6 ग्लिसरॉल इकाई के साथ बातचीत के बाद 31.703 Å से बढ़ के 63.198 Å हो गइल। इहाँ ई बतावल जरूरी बा कि दुसरा परस्पर क्रिया संभावना में ग्लिसरॉल इकाई सभ के संख्या बढ़ावे के काम एह बात के पुष्टि करे खातिर कइल जाला कि परमाणु सभ के बहुत संख्या आ जटिल संरचना के बावजूद, ग्लिसरॉल सामग्री के बढ़ती के साथ परफार्मेंस में अबहिन सुधार होला। एह तरीका से कहल जा सके ला कि उपलब्ध पीवीए/ना एल्जी/ग्लिसरीन मॉडल लिथियम-आयन बैटरी सभ के आंशिक रूप से बदल सके ला, बाकी अउरी रिसर्च आ बिकास के जरूरत बा।
सतह के सोखना से जुड़ल क्षमता के बिसेसता बतावे आ सिस्टम सभ के बीच के बिसेस परस्पर क्रिया सभ के मूल्यांकन करे खातिर कौनों भी दू गो परमाणु सभ के बीच मौजूद बंधन के प्रकार, अंतर-आणविक आ अंतर-आणविक परस्पर क्रिया सभ के जटिलता आ सतह आ सोखना के इलेक्ट्रॉन घनत्व बितरण के जानकारी के जरूरत होला। परस्पर क्रिया करे वाला परमाणु सभ के बीच के बंधन महत्वपूर्ण बिंदु (बीसीपी) पर इलेक्ट्रॉन घनत्व क्यूटीएआईएम बिस्लेषण में बंधन के ताकत के आकलन करे खातिर बहुत महत्व के होला। इलेक्ट्रॉन चार्ज घनत्व जेतना अधिका होखी, सहसंयोजक परस्पर क्रिया ओतने स्थिर होखी आ आमतौर पर एह महत्वपूर्ण बिंदु सभ पर इलेक्ट्रॉन घनत्व ओतने ढेर होखी। एतने ना, अगर कुल इलेक्ट्रॉन ऊर्जा घनत्व (H(r)) आ लैप्लेस चार्ज घनत्व (∇2ρ(r)) दुनों 0 से कम होखे तब ई सहसंयोजक (सामान्य) परस्पर क्रिया सभ के मौजूदगी के संकेत देला। दूसर ओर, जब ∇2ρ(r) आ H(r) 0.54 से ढेर होखे लें तब ई गैर-सहसंयोजक (बंद खोल) परस्पर क्रिया सभ जइसे कि कमजोर हाइड्रोजन बंधन, वैन डेर वाल्स बल आ इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया सभ के मौजूदगी के संकेत देला। QTAIM विश्लेषण से अध्ययन कइल गइल संरचना सभ में गैर-सहसंयोजक परस्पर क्रिया सभ के प्रकृति के पता चलल जइसे कि चित्र 7 आ 8 में देखावल गइल बा।बिस्लेषण के आधार पर, 3PVA − 2Na Alg आ टर्म 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg के प्रतिनिधित्व करे वाला मॉडल अणु सभ में अलग-अलग ग्लाइसिन इकाई सभ के साथ बातचीत करे वाला अणु सभ के तुलना में ढेर स्थिरता देखल गइल। एकर कारण ई बा कि कई गो गैर-सहसंयोजक परस्पर क्रिया सभ जे एल्गिनेट संरचना में ढेर प्रचलित होलीं जइसे कि इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया आ हाइड्रोजन बंधन एल्गिनेट के कंपोजिट सभ के स्थिर करे में सक्षम बनावे लीं। एकरे अलावा, हमनी के परिणाम 3PVA − 2Na Alg आ टर्म 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg मॉडल अणु आ ग्लाइसिन के बीच गैर-सहसंयोजक परस्पर क्रिया के महत्व के देखावे ला, ई बतावे ला कि ग्लाइसिन कंपोजिट सभ के समग्र इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के संशोधित करे में महत्वपूर्ण भूमिका निभावे ला।
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, आ (f) 5Gly के साथ बातचीत करे वाला मॉडल अणु 3PVA − 2NaAlg के QTAIM विश्लेषण।