Grazzi talli żort nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża l-aħħar verżjoni tal-browser (jew li titfi l-modalità ta' kompatibilità fl-Internet Explorer). Barra minn hekk, biex niżguraw appoġġ kontinwu, dan is-sit mhux se jinkludi stili jew JavaScript.
Minħabba r-riżorsa abbundanti tas-sodju, il-batteriji tal-jone tas-sodju (NIBs) jirrappreżentaw soluzzjoni alternattiva promettenti għall-ħażna tal-enerġija elettrokimika. Bħalissa, l-ostaklu ewlieni fl-iżvilupp tat-teknoloġija NIB huwa n-nuqqas ta' materjali tal-elettrodi li jistgħu jaħżnu/jirrilaxxaw b'mod riversibbli joni tas-sodju għal żmien twil. Għalhekk, l-għan ta' dan l-istudju huwa li jinvestiga teoretikament l-effett taż-żieda tal-gliċerol fuq taħlitiet ta' polivinil alkoħol (PVA) u alġinat tas-sodju (NaAlg) bħala materjali tal-elettrodi NIB. Dan l-istudju jiffoka fuq id-deskritturi elettroniċi, termali u kwantitattivi tar-relazzjoni bejn l-istruttura u l-attività (QSAR) ta' elettroliti polimeriċi bbażati fuq taħlitiet ta' PVA, alġinat tas-sodju u gliċerol. Dawn il-proprjetajiet huma investigati bl-użu ta' metodi semi-empiriki u teorija funzjonali tad-densità (DFT). Peress li l-analiżi strutturali żvelat id-dettalji tal-interazzjonijiet bejn il-PVA/alġinat u l-gliċerol, ġiet investigata l-enerġija tal-band gap (Eg). Ir-riżultati juru li ż-żieda tal-gliċerol tirriżulta fi tnaqqis fil-valur Eg għal 0.2814 eV. Il-wiċċ tal-potenzjal elettrostatiku molekulari (MESP) juri d-distribuzzjoni tar-reġjuni rikki fl-elettroni u fqar fl-elettroni u l-kargi molekulari fis-sistema elettrolitika kollha. Il-parametri termali studjati jinkludu l-entalpija (H), l-entropija (ΔS), il-kapaċità tas-sħana (Cp), l-enerġija ħielsa ta' Gibbs (G) u s-sħana tal-formazzjoni. Barra minn hekk, f'dan l-istudju ġew investigati diversi deskritturi kwantitattivi tar-relazzjoni bejn l-istruttura u l-attività (QSAR) bħall-mument dipolari totali (TDM), l-enerġija totali (E), il-potenzjal ta' jonizzazzjoni (IP), Log P u l-polarizzabbiltà. Ir-riżultati wrew li H, ΔS, Cp, G u TDM żdiedu biż-żieda fit-temperatura u l-kontenut tal-gliċerol. Sadanittant, is-sħana tal-formazzjoni, IP u E naqsu, li tejjeb ir-reattività u l-polarizzabbiltà. Barra minn hekk, biż-żieda tal-gliċerol, il-vultaġġ taċ-ċellula żdied għal 2.488 V. Il-kalkoli tad-DFT u l-PM6 ibbażati fuq elettroliti bbażati fuq il-gliċerol PVA/Na Alg kosteffettivi juru li jistgħu parzjalment jissostitwixxu l-batteriji tal-jone tal-litju minħabba l-multifunzjonalità tagħhom, iżda huma meħtieġa aktar titjib u riċerka.
Għalkemm il-batteriji tal-jone tal-litju (LIBs) jintużaw ħafna, l-applikazzjoni tagħhom tiffaċċja ħafna limitazzjonijiet minħabba ċ-ċiklu qasir tal-ħajja tagħhom, l-ispiża għolja, u t-tħassib dwar is-sikurezza. Il-batteriji tal-jone tas-sodju (SIBs) jistgħu jsiru alternattiva vijabbli għal-LIBs minħabba d-disponibbiltà wiesgħa tagħhom, l-ispiża baxxa, u n-nuqqas ta' tossiċità tal-element tas-sodju. Il-batteriji tal-jone tas-sodju (SIBs) qed isiru sistema ta' ħażna tal-enerġija dejjem aktar importanti għal apparati elettrokimiċi1. Il-batteriji tal-jone tas-sodju jiddependu ħafna fuq l-elettroliti biex jiffaċilitaw it-trasport tal-joni u jiġġeneraw kurrent elettriku2,3. L-elettroliti likwidi huma prinċipalment magħmula minn melħ tal-metall u solventi organiċi. L-applikazzjonijiet prattiċi jeħtieġu konsiderazzjoni bir-reqqa tas-sikurezza tal-elettroliti likwidi, speċjalment meta l-batterija tkun soġġetta għal stress termali jew elettriku4.
Il-batteriji tal-jone tas-sodju (SIBs) huma mistennija li jissostitwixxu l-batteriji tal-jone tal-litju fil-futur qarib minħabba r-riżervi abbundanti tagħhom fl-oċeani, in-nuqqas ta' tossiċità, u l-ispiża baxxa tal-materjal. Is-sintesi tan-nanomaterjali aċċellerat l-iżvilupp tal-ħażna tad-dejta, apparati elettroniċi, u ottiċi. Korp kbir ta' letteratura wera l-applikazzjoni ta' diversi nanostrutturi (eż., ossidi tal-metall, grafen, nanotubi, u fullereni) fil-batteriji tal-jone tas-sodju. Ir-riċerka ffokat fuq l-iżvilupp ta' materjali anodiċi, inklużi polimeri, għal batteriji tal-jone tas-sodju minħabba l-versatilità u l-kompatibbiltà ambjentali tagħhom. L-interess fir-riċerka fil-qasam tal-batteriji polimeriċi rikarikabbli bla dubju se jiżdied. Materjali ġodda tal-elettrodi polimeriċi bi strutturi u proprjetajiet uniċi x'aktarx li jwittu t-triq għal teknoloġiji tal-ħażna tal-enerġija li ma jagħmlux ħsara lill-ambjent. Għalkemm ġew esplorati diversi materjali tal-elettrodi polimeriċi għall-użu fil-batteriji tal-jone tas-sodju, dan il-qasam għadu fl-istadji bikrija tal-iżvilupp tiegħu. Għall-batteriji tal-jone tas-sodju, jeħtieġ li jiġu esplorati aktar materjali polimeriċi b'konfigurazzjonijiet strutturali differenti. Abbażi tal-għarfien attwali tagħna dwar il-mekkaniżmu tal-ħażna tal-joni tas-sodju f'materjali tal-elettrodi tal-polimeri, jista' jiġi ipoteżizzat li l-gruppi karboniliċi, ir-radikali ħielsa, u l-eteroatomi fis-sistema konjugata jistgħu jservu bħala siti attivi għall-interazzjoni mal-joni tas-sodju. Għalhekk, huwa kritiku li jiġu żviluppati polimeri ġodda b'densità għolja ta' dawn is-siti attivi. L-elettrolit tal-polimeru tal-ġel (GPE) huwa teknoloġija alternattiva li ttejjeb l-affidabbiltà tal-batterija, il-konduttività tal-joni, l-ebda tnixxija, flessibilità għolja, u prestazzjoni tajba12.
Il-matriċi tal-polimeri jinkludu materjali bħal PVA u ossidu tal-polietilen (PEO)13. Polimeru permeabbli għall-ġel (GPE) jimmobilizza l-elettrolit likwidu fil-matriċi tal-polimeru, li jnaqqas ir-riskju ta' tnixxija meta mqabbel ma' separaturi kummerċjali14. Il-PVA huwa polimeru sintetiku bijodegradabbli. Għandu permittività għolja, huwa rħis u mhux tossiku. Il-materjal huwa magħruf għall-proprjetajiet tiegħu li jiffurmaw film, l-istabbiltà kimika u l-adeżjoni. Għandu wkoll gruppi funzjonali (OH) u densità potenzjali għolja ta' cross-linking15,16,17. It-taħlit tal-polimeri, iż-żieda tal-plastifikanti, iż-żieda ta' komposti u tekniki ta' polimerizzazzjoni in situ ntużaw biex itejbu l-konduttività tal-elettroliti tal-polimeru bbażati fuq il-PVA biex inaqqsu l-kristallinità tal-matriċi u jżidu l-flessibbiltà tal-katina18,19,20.
It-taħlit huwa metodu importanti għall-iżvilupp ta' materjali polimeriċi għal applikazzjonijiet industrijali. Taħlitiet ta' polimeri spiss jintużaw biex: (1) itejbu l-proprjetajiet tal-ipproċessar ta' polimeri naturali f'applikazzjonijiet industrijali; (2) itejbu l-proprjetajiet kimiċi, fiżiċi u mekkaniċi ta' materjali bijodegradabbli; u (3) jadattaw għad-domanda li qed tinbidel malajr għal materjali ġodda fl-industrija tal-ippakkjar tal-ikel. B'differenza mill-kopolimerizzazzjoni, it-taħlit ta' polimeri huwa proċess bi prezz baxx li juża proċessi fiżiċi sempliċi minflok proċessi kimiċi kumplessi biex jikseb il-proprjetajiet mixtieqa21. Biex jiffurmaw omopolimeri, polimeri differenti jistgħu jinteraġixxu permezz ta' forzi dipol-dipol, bonds tal-idroġenu, jew kumplessi ta' trasferiment ta' ċarġ22,23. Taħlitiet magħmula minn polimeri naturali u sintetiċi jistgħu jikkombinaw bijokompatibilità tajba ma' proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti, u joħolqu materjal superjuri bi prezz baxx ta' produzzjoni24,25. Għalhekk, kien hemm interess kbir fil-ħolqien ta' materjali polimeriċi bijorelevanti billi jitħalltu polimeri sintetiċi u naturali. Il-PVA jista' jiġi kkombinat ma' alġinat tas-sodju (NaAlg), ċelluloża, chitosan u lamtu26.
L-alġinat tas-sodju huwa polimeru naturali u polisakkaridu anjoniku estratt mill-alka kannella tal-baħar. L-alġinat tas-sodju jikkonsisti minn aċidu D-mannuronic (M) marbut ma' β-(1-4) u aċidu L-guluronic (G) marbut ma' α-(1-4) organizzati f'forom omopolimeriċi (poli-M u poli-G) u blokki eteropolimeriċi (MG jew GM)27. Il-kontenut u l-proporzjon relattiv tal-blokki M u G għandhom effett sinifikanti fuq il-proprjetajiet kimiċi u fiżiċi tal-alġinat28,29. L-alġinat tas-sodju jintuża u jiġi studjat ħafna minħabba l-bijodegradabbiltà, il-bijokompatibilità, l-ispiża baxxa, il-proprjetajiet tajbin li jiffurmaw film, u n-nuqqas ta' tossiċità tiegħu. Madankollu, numru kbir ta' gruppi idrossiliċi (OH) u karbossilati (COO) ħielsa fil-katina tal-alġinat jagħmlu l-alġinat idrofiliku ħafna. Madankollu, l-alġinat għandu proprjetajiet mekkaniċi fqar minħabba l-fraġilità u r-riġidità tiegħu. Għalhekk, l-alġinat jista' jiġi kkombinat ma' materjali sintetiċi oħra biex itejjeb is-sensittività għall-ilma u l-proprjetajiet mekkaniċi30,31.
Qabel ma jiġu ddisinjati materjali ġodda tal-elettrodi, il-kalkoli DFT spiss jintużaw biex jevalwaw il-fattibbiltà tal-fabbrikazzjoni ta' materjali ġodda. Barra minn hekk, ix-xjentisti jużaw immudellar molekulari biex jikkonfermaw u jbassru r-riżultati sperimentali, jiffrankaw il-ħin, inaqqsu l-iskart kimiku, u jbassru l-imġiba tal-interazzjoni32. L-immudellar molekulari sar fergħa qawwija u importanti tax-xjenza f'ħafna oqsma, inkluż ix-xjenza tal-materjali, in-nanomaterjali, il-kimika komputazzjonali, u l-iskoperta tal-mediċini33,34. Bl-użu ta' programmi ta' immudellar, ix-xjentisti jistgħu jiksbu direttament dejta molekulari, inkluża l-enerġija (sħana tal-formazzjoni, potenzjal ta' jonizzazzjoni, enerġija ta' attivazzjoni, eċċ.) u l-ġeometrija (angoli tal-bonds, tulijiet tal-bonds, u angoli ta' torsjoni)35. Barra minn hekk, jistgħu jiġu kkalkulati proprjetajiet elettroniċi (ċarġ, enerġija tal-band gap HOMO u LUMO, affinità tal-elettroni), proprjetajiet spettrali (modi u intensitajiet vibrazzjonali karatteristiċi bħal spettri FTIR), u proprjetajiet tal-massa (volum, diffużjoni, viskożità, modulu, eċċ.)36.
LiNiPO4 juri vantaġġi potenzjali fil-kompetizzjoni ma' materjali tal-elettrodi pożittivi tal-batteriji tal-jone tal-litju minħabba d-densità għolja tal-enerġija tiegħu (vultaġġ tax-xogħol ta' madwar 5.1 V). Biex jiġi sfruttat bis-sħiħ il-vantaġġ ta' LiNiPO4 fir-reġjun ta' vultaġġ għoli, il-vultaġġ tax-xogħol jeħtieġ li jitnaqqas għaliex l-elettrolit ta' vultaġġ għoli żviluppat bħalissa jista' jibqa' relattivament stabbli biss f'vultaġġi taħt l-4.8 V. Zhang et al. investigaw id-doping tal-metalli ta' transizzjoni 3d, 4d, u 5d kollha fis-sit Ni ta' LiNiPO4, għażlu l-mudelli ta' doping b'prestazzjoni elettrokimika eċċellenti, u aġġustaw il-vultaġġ tax-xogħol ta' LiNiPO4 filwaqt li żammew l-istabbiltà relattiva tal-prestazzjoni elettrokimika tiegħu. L-aktar vultaġġi tax-xogħol baxxi li kisbu kienu 4.21, 3.76, u 3.5037 għal LiNiPO4 iddopat bit-Ti, Nb, u Ta, rispettivament.
Għalhekk, l-għan ta' dan l-istudju huwa li jinvestiga teoretikament l-effett tal-gliċerol bħala plastifikanti fuq il-proprjetajiet elettroniċi, id-deskritturi QSAR u l-proprjetajiet termali tas-sistema PVA/NaAlg bl-użu ta' kalkoli mekkaniċi kwantistiċi għall-applikazzjoni tagħha f'batteriji rikarikabbli tal-jone-jone. L-interazzjonijiet molekulari bejn il-mudell PVA/NaAlg u l-gliċerol ġew analizzati bl-użu tat-teorija atomika kwantistika tal-molekuli ta' Bader (QTAIM).
Mudell ta' molekula li jirrappreżenta l-interazzjoni tal-PVA ma' NaAlg u mbagħad mal-gliċerol ġie ottimizzat bl-użu tad-DFT. Il-mudell ġie kkalkulat bl-użu tas-softwer Gaussian 0938 fid-Dipartiment tal-Ispettroskopija, iċ-Ċentru Nazzjonali tar-Riċerka, il-Kajr, l-Eġittu. Il-mudelli ġew ottimizzati bl-użu tad-DFT fil-livell B3LYP/6-311G(d, p)39,40,41,42. Biex tiġi vverifikata l-interazzjoni bejn il-mudelli studjati, studji ta' frekwenza mwettqa fl-istess livell ta' teorija juru l-istabbiltà tal-ġeometrija ottimizzata. In-nuqqas ta' frekwenzi negattivi fost il-frekwenzi kollha evalwati jenfasizza l-istruttura inferita fil-minimi pożittivi veri fuq il-wiċċ tal-enerġija potenzjali. Parametri fiżiċi bħat-TDM, l-enerġija tal-band gap HOMO/LUMO u l-MESP ġew ikkalkulati fl-istess livell mekkaniku kwantiku tat-teorija. Barra minn hekk, xi parametri termali bħas-sħana finali tal-formazzjoni, l-enerġija libera, l-entropija, l-entalpija u l-kapaċità tas-sħana ġew ikkalkulati bl-użu tal-formuli mogħtija fit-Tabella 1. Il-mudelli studjati ġew soġġetti għall-analiżi tat-teorija kwantistika tal-atomi fil-molekuli (QTAIM) sabiex jiġu identifikati l-interazzjonijiet li jseħħu fuq il-wiċċ tal-istrutturi studjati. Dawn il-kalkoli twettqu bl-użu tal-kmand “output=wfn” fil-kodiċi tas-softwer Gaussian 09 u mbagħad ġew viżwalizzati bl-użu tal-kodiċi tas-softwer Avogadro43.
Fejn E hija l-enerġija interna, P hija l-pressjoni, V huwa l-volum, Q huwa l-iskambju tas-sħana bejn is-sistema u l-ambjent tagħha, T hija t-temperatura, ΔH hija l-bidla fl-entalpija, ΔG hija l-bidla fl-enerġija libera, ΔS hija l-bidla fl-entropija, a u b huma l-parametri vibrazzjonali, q hija l-ċarġ atomiku, u C hija d-densità atomika tal-elettroni44,45. Fl-aħħar nett, l-istess strutturi ġew ottimizzati u l-parametri QSAR ġew ikkalkulati fil-livell PM6 bl-użu tal-kodiċi tas-softwer SCIGRESS46 fid-Dipartiment tal-Ispettroskopija taċ-Ċentru Nazzjonali tar-Riċerka fil-Kajr, l-Eġittu.
Fix-xogħol preċedenti tagħna47, evalwajna l-aktar mudell probabbli li jiddeskrivi l-interazzjoni ta' tliet unitajiet PVA ma' żewġ unitajiet NaAlg, bil-gliċerol jaġixxi bħala plastifikant. Kif imsemmi hawn fuq, hemm żewġ possibbiltajiet għall-interazzjoni tal-PVA u n-NaAlg. Iż-żewġ mudelli, imsejħin 3PVA-2Na Alg (ibbażat fuq in-numru tal-karbonju 10) u Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, għandhom l-iżgħar valur tad-distakk tal-enerġija48 meta mqabbla mal-istrutturi l-oħra kkunsidrati. Għalhekk, l-effett taż-żieda ta' Gly fuq l-aktar mudell probabbli tal-polimeru tat-taħlita PVA/Na Alg ġie investigat bl-użu tal-aħħar żewġ strutturi: 3PVA-(C10)2Na Alg (imsejjaħ 3PVA-2Na Alg għas-sempliċità) u Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Skont il-letteratura, il-PVA, in-NaAlg u l-gliċerol jistgħu jiffurmaw biss bonds dgħajfa tal-idroġenu bejn il-gruppi funzjonali idrossiliċi. Peress li kemm it-trimeru tal-PVA kif ukoll in-NaAlg u d-dimeru tal-gliċerol fihom diversi gruppi OH, il-kuntatt jista' jsir permezz ta' wieħed mill-gruppi OH. Il-Figura 1 turi l-interazzjoni bejn il-molekula mudell tal-gliċerol u l-molekula mudell 3PVA-2NaAlg, u l-Figura 2 turi l-mudell mibni tal-interazzjoni bejn il-molekula mudell Term 1NaAlg-3PVA-Mid 1NaAlg u konċentrazzjonijiet differenti ta' gliċerol.
Strutturi ottimizzati: (a) Gly u 3PVA − 2Na Alg jinteraġixxu ma' (b) 1 Gly, (ċ) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, u (f) 5 Gly.
Strutturi ottimizzati ta' Term 1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg li jinteraġixxu ma' (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, u (f) 6 Gly.
L-enerġija tal-ispazju tal-banda tal-elettroni hija parametru importanti li għandu jiġi kkunsidrat meta jiġi studjat ir-reattività ta' kwalunkwe materjal tal-elettrodu. Għaliex tiddeskrivi l-imġiba tal-elettroni meta l-materjal ikun soġġett għal bidliet esterni. Għalhekk, huwa meħtieġ li jiġu stmati l-enerġiji tal-ispazju tal-banda tal-elettroni ta' HOMO/LUMO għall-istrutturi kollha studjati. It-Tabella 2 turi l-bidliet fl-enerġiji HOMO/LUMO ta' 3PVA-(C10)2Na Alg u Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg minħabba ż-żieda tal-gliċerol. Skont ref47, il-valur Eg ta' 3PVA-(C10)2Na Alg huwa 0.2908 eV, filwaqt li l-valur Eg tal-istruttura li tirrifletti l-probabbiltà tat-tieni interazzjoni (jiġifieri, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) huwa 0.5706 eV.
Madankollu, instab li ż-żieda tal-gliċerol irriżultat f'bidla żgħira fil-valur Eg ta' 3PVA-(C10)2NaAlg. Meta 3PVA-(C10)2NaAlg interaġixxa ma' 1, 2, 3, 4 u 5 unitajiet ta' gliċerol, il-valuri Eg tiegħu saru 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 u 0.281 eV, rispettivament. Madankollu, hemm għarfien siewi li wara ż-żieda ta' 3 unitajiet ta' gliċerol, il-valur Eg sar iżgħar minn dak ta' 3PVA-(C10)2NaAlg. Il-mudell li jirrappreżenta l-interazzjoni ta' 3PVA-(C10)2NaAlg ma' ħames unitajiet ta' gliċerol huwa l-mudell ta' interazzjoni l-aktar probabbli. Dan ifisser li hekk kif jiżdied in-numru ta' unitajiet ta' gliċerol, tiżdied ukoll il-probabbiltà ta' interazzjoni.
Sadanittant, għat-tieni probabbiltà ta' interazzjoni, l-enerġiji HOMO/LUMO tal-molekuli mudell li jirrappreżentaw 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 u Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly isiru 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 u 0.496 eV, rispettivament. It-Tabella 2 turi l-enerġiji kkalkulati tal-band gap HOMO/LUMO għall-istrutturi kollha. Barra minn hekk, l-istess imġiba tal-probabbiltajiet ta' interazzjoni tal-ewwel grupp hija ripetuta hawn.
It-teorija tal-band fil-fiżika tal-istat solidu tgħid li hekk kif il-band gap ta' materjal ta' elettrodu tonqos, il-konduttività elettronika tal-materjal tiżdied. Id-doping huwa metodu komuni biex titnaqqas il-band gap ta' materjali katodiċi tas-sodju-jone. Jiang et al. użaw id-doping Cu biex itejbu l-konduttività elettronika ta' materjali f'saffi β-NaMnO2. Bl-użu ta' kalkoli DFT, sabu li d-doping naqqas il-band gap tal-materjal minn 0.7 eV għal 0.3 eV. Dan jindika li d-doping Cu jtejjeb il-konduttività elettronika tal-materjal β-NaMnO2.
L-MESP huwa definit bħala l-enerġija ta' interazzjoni bejn id-distribuzzjoni tal-ċarġ molekulari u ċarġ pożittiv wieħed. L-MESP huwa kkunsidrat bħala għodda effettiva għall-fehim u l-interpretazzjoni tal-proprjetajiet kimiċi u r-reattività. L-MESP jista' jintuża biex jinftiehmu l-mekkaniżmi ta' interazzjonijiet bejn materjali polimeriċi. L-MESP jiddeskrivi d-distribuzzjoni tal-ċarġ fil-kompost li qed jiġi studjat. Barra minn hekk, l-MESP jipprovdi informazzjoni dwar is-siti attivi fil-materjali li qed jiġu studjati32. Il-Figura 3 turi l-plotts tal-MESP ta' 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, u 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly imbassra fil-livell tat-teorija B3LYP/6-311G(d, p).
Kontorni tal-MESP ikkalkulati b'B3LYP/6-311 g(d, p) għal (a) Gly u 3PVA − 2Na Alg li jinteraġixxu ma' (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, u (f) 5 Gly.
Sadanittant, il-Fig. 4 turi r-riżultati kkalkulati tal-MESP għal 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 u Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly, rispettivament. L-MESP kkalkulat huwa rappreżentat bħala mġiba tal-kontorn. Il-linji tal-kontorn huma rappreżentati b'kuluri differenti. Kull kulur jirrappreżenta valur ta' elettronegattività differenti. Il-kulur aħmar jindika s-siti elettronegattivi jew reattivi ħafna. Sadanittant, il-kulur isfar jirrappreżenta s-siti newtrali 49, 50, 51 fl-istruttura. Ir-riżultati tal-MESP urew li r-reattività ta' 3PVA-(C10)2Na Alg żdiedet biż-żieda tal-kulur aħmar madwar il-mudelli studjati. Sadanittant, l-intensità tal-kulur aħmar fil-mappa tal-MESP tal-molekula mudell Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg tonqos minħabba l-interazzjoni ma' kontenut differenti ta' gliċerol. Il-bidla fid-distribuzzjoni tal-kulur aħmar madwar l-istruttura proposta tirrifletti r-reattività, filwaqt li ż-żieda fl-intensità tikkonferma ż-żieda fl-elettronegattività tal-molekula mudell 3PVA-(C10)2Na Alg minħabba ż-żieda fil-kontenut ta' gliċerol.
B3LYP/6-311 g(d, p) ikkalkulat it-Terminu MESP ta' 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg li jinteraġixxi ma' (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, u (f) 6 Gly.
L-istrutturi kollha proposti għandhom il-parametri termali tagħhom bħall-entalpija, l-entropija, il-kapaċità tas-sħana, l-enerġija ħielsa u s-sħana tal-formazzjoni kkalkulati f'temperaturi differenti fil-medda minn 200 K sa 500 K. Biex tiddeskrivi l-imġiba tas-sistemi fiżiċi, minbarra li tistudja l-imġiba elettronika tagħhom, huwa wkoll neċessarju li tistudja l-imġiba termali tagħhom bħala funzjoni tat-temperatura minħabba l-interazzjoni tagħhom ma' xulxin, li tista' tiġi kkalkulata bl-użu tal-ekwazzjonijiet mogħtija fit-Tabella 1. L-istudju ta' dawn il-parametri termali huwa kkunsidrat bħala indikatur importanti tar-rispons u l-istabbiltà ta' sistemi fiżiċi bħal dawn f'temperaturi differenti.
Fir-rigward tal-entalpija tat-trimeru PVA, dan l-ewwel jirreaġixxi mad-dimeru NaAlg, imbagħad permezz tal-grupp OH imwaħħal mal-atomu tal-karbonju #10, u finalment mal-gliċerol. L-entalpija hija kejl tal-enerġija f'sistema termodinamika. L-entalpija hija ugwali għas-sħana totali f'sistema, li hija ekwivalenti għall-enerġija interna tas-sistema flimkien mal-prodott tal-volum u l-pressjoni tagħha. Fi kliem ieħor, l-entalpija turi kemm sħana u xogħol jiżdiedu jew jitneħħew minn sustanza52.
Il-Figura 5 turi l-bidliet fl-entalpija matul ir-reazzjoni ta' 3PVA-(C10)2Na Alg b'konċentrazzjonijiet differenti ta' gliċerol. L-abbrevjazzjonijiet A0, A1, A2, A3, A4, u A5 jirrappreżentaw il-molekuli mudell 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, u 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, rispettivament. Il-Figura 5a turi li l-entalpija tiżdied biż-żieda fit-temperatura u l-kontenut tal-gliċerol. L-entalpija tal-istruttura li tirrappreżenta 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (jiġifieri, A5) f'200 K hija 27.966 kal/mol, filwaqt li l-entalpija tal-istruttura li tirrappreżenta 3PVA- 2NaAlg f'200 K hija 13.490 kal/mol. Fl-aħħar nett, peress li l-entalpija hija pożittiva, din ir-reazzjoni hija endotermika.
L-entropija hija definita bħala kejl tal-enerġija mhux disponibbli f'sistema termodinamika magħluqa u ħafna drabi titqies bħala kejl tad-diżordni tas-sistema. Il-Figura 5b turi l-bidla fl-entropija ta' 3PVA-(C10)2NaAlg mat-temperatura u kif tinteraġixxi ma' unitajiet differenti ta' gliċerol. Il-graff juri li l-entropija tinbidel b'mod lineari hekk kif it-temperatura tiżdied minn 200 K għal 500 K. Il-Figura 5b turi b'mod ċar li l-entropija tal-mudell 3PVA-(C10)2NaAlg għandha tendenza li tilħaq il-200 kal/K/mol f'200 K għaliex il-mudell 3PVA-(C10)2NaAlg juri inqas diżordni tal-kannizzata. Hekk kif tiżdied it-temperatura, il-mudell 3PVA-(C10)2NaAlg isir diżordinat u jispjega ż-żieda fl-entropija biż-żieda fit-temperatura. Barra minn hekk, huwa ovvju li l-istruttura ta' 3PVA-C10 2NaAlg-5Gly għandha l-ogħla valur ta' entropija.
L-istess imġiba hija osservata fil-Figura 5c, li turi l-bidla fil-kapaċità tas-sħana bit-temperatura. Il-kapaċità tas-sħana hija l-ammont ta’ sħana meħtieġ biex tinbidel it-temperatura ta’ ammont partikolari ta’ sustanza b’1 °C47. Il-Figura 5c turi l-bidliet fil-kapaċità tas-sħana tal-molekula mudell 3PVA-(C10)2NaAlg minħabba interazzjonijiet ma’ 1, 2, 3, 4, u 5 unitajiet ta’ gliċerol. Il-figura turi li l-kapaċità tas-sħana tal-mudell 3PVA-(C10)2NaAlg tiżdied b’mod lineari mat-temperatura. Iż-żieda osservata fil-kapaċità tas-sħana biż-żieda fit-temperatura hija attribwita għal vibrazzjonijiet termali tal-fononi. Barra minn hekk, hemm evidenza li ż-żieda fil-kontenut tal-gliċerol twassal għal żieda fil-kapaċità tas-sħana tal-mudell 3PVA-(C10)2NaAlg. Barra minn hekk, l-istruttura turi li 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly għandu l-ogħla valur ta’ kapaċità tas-sħana meta mqabbel ma’ strutturi oħra.
Parametri oħra bħall-enerġija libera u s-sħana finali tal-formazzjoni ġew ikkalkulati għall-istrutturi studjati u huma murija fil-Figura 5d u e, rispettivament. Is-sħana finali tal-formazzjoni hija s-sħana rilaxxata jew assorbita matul il-formazzjoni ta' sustanza pura mill-elementi kostitwenti tagħha taħt pressjoni kostanti. L-enerġija libera tista' tiġi definita bħala proprjetà simili għall-enerġija, jiġifieri, il-valur tagħha jiddependi fuq l-ammont ta' sustanza f'kull stat termodinamiku. L-enerġija libera u s-sħana tal-formazzjoni ta' 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly kienu l-aktar baxxi u kienu -1318.338 u -1628.154 kcal/mol, rispettivament. B'kuntrast, l-istruttura li tirrappreżenta 3PVA-(C10)2NaAlg għandha l-ogħla valuri ta' enerġija libera u sħana tal-formazzjoni ta' -690.340 u -830.673 kcal/mol, rispettivament, meta mqabbla ma' strutturi oħra. Kif muri fil-Figura 5, diversi proprjetajiet termali jinbidlu minħabba l-interazzjoni mal-gliċerol. L-enerġija libera ta' Gibbs hija negattiva, li tindika li l-istruttura proposta hija stabbli.
PM6 ikkalkula l-parametri termali ta' 3PVA pur- (C10) 2Na Alg (mudell A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (mudell A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (mudell A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (mudell A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (mudell A4), u 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (mudell A5), fejn (a) hija l-entalpija, (b) l-entropija, (c) il-kapaċità tas-sħana, (d) l-enerġija ħielsa, u (e) is-sħana tal-formazzjoni.
Min-naħa l-oħra, it-tieni mod ta' interazzjoni bejn it-trimeru PVA u d-dimeriku NaAlg iseħħ fil-gruppi OH terminali u tan-nofs fl-istruttura tat-trimeru PVA. Bħal fl-ewwel grupp, il-parametri termali ġew ikkalkulati bl-użu tal-istess livell ta' teorija. Il-Figura 6a-e turi l-varjazzjonijiet tal-entalpija, l-entropija, il-kapaċità tas-sħana, l-enerġija ħielsa u, fl-aħħar mill-aħħar, is-sħana tal-formazzjoni. Il-Figuri 6a-c juru li l-entalpija, l-entropija u l-kapaċità tas-sħana ta' Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg juru l-istess imġieba bħall-ewwel grupp meta jinteraġixxu ma' 1, 2, 3, 4, 5 u 6 unitajiet ta' gliċerol. Barra minn hekk, il-valuri tagħhom jiżdiedu gradwalment biż-żieda fit-temperatura. Barra minn hekk, fil-mudell propost Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg, il-valuri tal-entalpija, l-entropija u l-kapaċità tas-sħana żdiedu biż-żieda tal-kontenut ta' gliċerol. L-abbrevjazzjonijiet B0, B1, B2, B3, B4, B5 u B6 jirrappreżentaw l-istrutturi li ġejjin rispettivament: 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 u Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Kif muri fil-Fig. 6a–c, huwa ovvju li l-valuri tal-entalpija, l-entropija u l-kapaċità tas-sħana jiżdiedu hekk kif in-numru ta' unitajiet tal-gliċerol jiżdied minn 1 għal 6.
PM6 ikkalkula l-parametri termali ta' Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg pur (mudell B0), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 1 Gly (mudell B1), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 2 Gly (mudell B2), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 3 Gly (mudell B3), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 4 Gly (mudell B4), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 5 Gly (mudell B5), u Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 6 Gly (mudell B6), inklużi (a) entalpija, (b) entropija, (c) kapaċità tas-sħana, (d) enerġija ħielsa, u (e) sħana tal-formazzjoni.
Barra minn hekk, l-istruttura li tirrappreżenta t-Terminu 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly għandha l-ogħla valuri ta' entalpija, entropija u kapaċità tas-sħana meta mqabbla ma' strutturi oħra. Fost dawn, il-valuri tagħhom żdiedu minn 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K u 131.323 kcal/mol fit-Terminu 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg għal 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K u 275.923 kcal/mol fit-Terminu 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, rispettivament.
Madankollu, il-Figuri 6d u e juru d-dipendenza mit-temperatura tal-enerġija libera u s-sħana finali tal-formazzjoni (HF). L-HF jista' jiġi definit bħala l-bidla fl-entalpija li sseħħ meta mol wieħed ta' sustanza jiġi ffurmat mill-elementi tagħha taħt kundizzjonijiet naturali u standard. Mill-figura jidher ċar li l-enerġija libera u s-sħana finali tal-formazzjoni tal-istrutturi kollha studjati juru dipendenza lineari fuq it-temperatura, jiġifieri, jiżdiedu gradwalment u linearment biż-żieda fit-temperatura. Barra minn hekk, il-figura kkonfermat ukoll li l-istruttura li tirrappreżenta t-Terminu 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly għandha l-inqas enerġija libera u l-inqas HF. Iż-żewġ parametri naqsu minn -758.337 għal -899.741 K cal/mol fit-terminu 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly għal -1,476.591 u -1,828.523 K cal/mol. Mir-riżultati jidher ċar li l-HF jonqos biż-żieda tal-unitajiet tal-gliċerol. Dan ifisser li minħabba ż-żieda fil-gruppi funzjonali, ir-reattività tiżdied ukoll u għalhekk inqas enerġija hija meħtieġa biex titwettaq ir-reazzjoni. Dan jikkonferma li l-PVA/NaAlg plastifikata tista' tintuża fil-batteriji minħabba r-reattività għolja tagħha.
B'mod ġenerali, l-effetti tat-temperatura huma maqsuma f'żewġ tipi: effetti ta' temperatura baxxa u effetti ta' temperatura għolja. L-effetti ta' temperaturi baxxi jinħassu l-aktar f'pajjiżi li jinsabu f'latitudnijiet għoljin, bħal Greenland, il-Kanada, u r-Russja. Fix-xitwa, it-temperatura tal-arja ta' barra f'dawn il-postijiet hija ferm taħt iż-żero gradi Celsius. Il-ħajja u l-prestazzjoni tal-batteriji tal-jone tal-litju jistgħu jiġu affettwati minn temperaturi baxxi, speċjalment dawk użati f'vetturi elettriċi ibridi plug-in, vetturi elettriċi puri, u vetturi elettriċi ibridi. L-ivvjaġġar fl-ispazju huwa ambjent kiesaħ ieħor li jeħtieġ batteriji tal-jone tal-litju. Pereżempju, it-temperatura fuq Mars tista' tinżel għal -120 grad Celsius, li toħloq ostaklu sinifikanti għall-użu ta' batteriji tal-jone tal-litju f'vetturi spazjali. Temperaturi baxxi ta' tħaddim jistgħu jwasslu għal tnaqqis fir-rata ta' trasferiment taċ-ċarġ u l-attività ta' reazzjoni kimika tal-batteriji tal-jone tal-litju, li jirriżulta fi tnaqqis fir-rata ta' diffużjoni tal-joni tal-litju ġewwa l-elettrodu u l-konduttività jonika fl-elettrolit. Din id-degradazzjoni tirriżulta fi tnaqqis fil-kapaċità u l-qawwa tal-enerġija, u xi kultant anke fi tnaqqis fil-prestazzjoni53.
L-effett tat-temperatura għolja jseħħ f'firxa usa' ta' ambjenti ta' applikazzjoni, inklużi kemm ambjenti ta' temperatura għolja kif ukoll ta' temperatura baxxa, filwaqt li l-effett tat-temperatura baxxa huwa prinċipalment limitat għal ambjenti ta' applikazzjoni ta' temperatura baxxa. L-effett tat-temperatura baxxa huwa primarjament determinat mit-temperatura ambjentali, filwaqt li l-effett tat-temperatura għolja ġeneralment huwa attribwit b'mod aktar preċiż lit-temperaturi għoljin ġewwa l-batterija tal-jone tal-litju waqt it-tħaddim.
Il-batteriji tal-jone tal-litju jiġġeneraw sħana taħt kundizzjonijiet ta’ kurrent għoli (inkluż iċċarġjar veloċi u skarikar veloċi), li jikkawża li t-temperatura interna tiżdied. L-esponiment għal temperaturi għoljin jista’ wkoll jikkawża degradazzjoni tal-prestazzjoni tal-batterija, inkluż telf ta’ kapaċità u qawwa. Tipikament, it-telf tal-litju u l-irkupru ta’ materjali attivi f’temperaturi għoljin iwasslu għal telf ta’ kapaċità, u t-telf ta’ qawwa huwa dovut għal żieda fir-reżistenza interna. Jekk it-temperatura toħroġ minn taħt kontroll, isseħħ tifqigħa termali, li f’xi każijiet tista’ twassal għal kombustjoni spontanja jew saħansitra splużjoni.
Il-kalkoli tal-QSAR huma metodu ta' mmudellar komputazzjonali jew matematiku użat biex jidentifika r-relazzjonijiet bejn l-attività bijoloġika u l-proprjetajiet strutturali tal-komposti. Il-molekuli kollha ddisinjati ġew ottimizzati u xi proprjetajiet tal-QSAR ġew ikkalkulati fil-livell PM6. It-Tabella 3 telenka wħud mid-deskritturi tal-QSAR ikkalkulati. Eżempji ta' deskritturi bħal dawn huma ċarġ, TDM, enerġija totali (E), potenzjal ta' jonizzazzjoni (IP), Log P, u polarizzabbiltà (ara t-Tabella 1 għal formuli biex jiġu ddeterminati l-IP u l-Log P).
Ir-riżultati tal-kalkolu juru li l-ċarġ totali tal-istrutturi kollha studjati huwa żero peress li jinsabu fl-istat fundamentali. Għall-ewwel probabbiltà ta' interazzjoni, it-TDM tal-gliċerol kien 2.788 Debye u 6.840 Debye għal 3PVA-(C10)2NaAlg, filwaqt li l-valuri tat-TDM żdiedu għal 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye u 12.779 Debye meta 3PVA-(C10)2NaAlg interaġixxa ma' 1, 2, 3, 4 u 5 unitajiet ta' gliċerol, rispettivament. Iktar ma jkun għoli l-valur tat-TDM, iktar tkun għolja r-reattività tiegħu mal-ambjent.
L-enerġija totali (E) ġiet ikkalkulata wkoll, u l-valuri E tal-gliċerol u 3PVA-(C10)2 NaAlg instabu li huma -141.833 eV u -200092.503 eV, rispettivament. Sadanittant, l-istrutturi li jirrappreżentaw 3PVA-(C10)2 NaAlg jinteraġixxu ma' 1, 2, 3, 4 u 5 unitajiet tal-gliċerol; E issir -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 u -1548.031 eV, rispettivament. Iż-żieda fil-kontenut tal-gliċerol twassal għal tnaqqis fl-enerġija totali u għalhekk għal żieda fir-reattività. Abbażi tal-kalkolu tal-enerġija totali, ġie konkluż li l-molekula mudell, li hija 3PVA-2Na Alg-5 Gly, hija aktar reattiva mill-molekuli mudell l-oħra. Dan il-fenomenu huwa relatat mal-istruttura tagħhom. 3PVA-(C10)2NaAlg fih biss żewġ gruppi -COONa, filwaqt li l-istrutturi l-oħra fihom żewġ gruppi -COONa iżda jġorru diversi gruppi OH, li jfisser li r-reattività tagħhom lejn l-ambjent tiżdied.
Barra minn hekk, l-enerġiji ta' jonizzazzjoni (IE) tal-istrutturi kollha huma kkunsidrati f'dan l-istudju. L-enerġija ta' jonizzazzjoni hija parametru importanti għall-kejl tar-reattività tal-mudell studjat. L-enerġija meħtieġa biex elettron jiċċaqlaq minn punt wieħed ta' molekula għall-infinità tissejjaħ enerġija ta' jonizzazzjoni. Din tirrappreżenta l-grad ta' jonizzazzjoni (jiġifieri reattività) tal-molekula. Iktar ma tkun għolja l-enerġija ta' jonizzazzjoni, iktar tkun baxxa r-reattività. Ir-riżultati tal-IE ta' 3PVA-(C10)2NaAlg li jinteraġixxi ma' 1, 2, 3, 4 u 5 unitajiet ta' gliċerol kienu -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 u -9.323 eV, rispettivament, filwaqt li l-IEs tal-gliċerol u 3PVA-(C10)2NaAlg kienu -5.157 u -9.341 eV, rispettivament. Peress li ż-żieda tal-gliċerol irriżultat fi tnaqqis fil-valur tal-IP, ir-reattività molekulari żdiedet, u dan itejjeb l-applikabbiltà tal-molekula mudell PVA/NaAlg/gliċerol f'apparati elettrokimiċi.
Il-ħames deskrittur fit-Tabella 3 huwa Log P, li huwa l-logaritmu tal-koeffiċjent tal-partizzjoni u jintuża biex jiddeskrivi jekk l-istruttura li qed tiġi studjata hijiex idrofilika jew idrofobika. Valur negattiv ta' Log P jindika molekula idrofilika, jiġifieri li tinħall faċilment fl-ilma u ma tinħallx tajjeb f'solventi organiċi. Valur pożittiv jindika l-proċess oppost.
Abbażi tar-riżultati miksuba, jista' jiġi konkluż li l-istrutturi kollha huma idrofiliċi, peress li l-valuri Log P tagħhom (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly u 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) huma -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 u -8.504, rispettivament, filwaqt li l-valur Log P tal-gliċerol huwa biss -1.081 u 3PVA-(C10)2Na Alg huwa biss -3.100. Dan ifisser li l-proprjetajiet tal-istruttura li qed tiġi studjata se jinbidlu hekk kif il-molekuli tal-ilma jiġu inkorporati fl-istruttura tagħha.
Fl-aħħar nett, il-polarizzabbiltà tal-istrutturi kollha hija kkalkulata wkoll fil-livell PM6 bl-użu ta' metodu semi-empiriku. Kien innutat qabel li l-polarizzabbiltà tal-biċċa l-kbira tal-materjali tiddependi fuq diversi fatturi. L-aktar fattur importanti huwa l-volum tal-istruttura li qed tiġi studjata. Għall-istrutturi kollha li jinvolvu l-ewwel tip ta' interazzjoni bejn 3PVA u 2NaAlg (l-interazzjoni sseħħ permezz tal-atomu tal-karbonju numru 10), il-polarizzabbiltà titjieb biż-żieda tal-gliċerol. Il-polarizzabbiltà tiżdied minn 29.690 Å għal 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 u 54.638 Å minħabba interazzjonijiet ma' 1, 2, 3, 4 u 5 unitajiet tal-gliċerol. Għalhekk, instab li l-molekula mudell bl-ogħla polarizzabbiltà hija 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, filwaqt li l-molekula mudell bl-inqas polarizzabbiltà hija 3PVA-(C10)2NaAlg, li hija 29.690 Å.
L-evalwazzjoni tad-deskritturi tal-QSAR żvelat li l-istruttura li tirrappreżenta 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly hija l-aktar reattiva għall-ewwel interazzjoni proposta.
Għat-tieni mod ta' interazzjoni bejn it-trimeru PVA u d-dimeru NaAlg, ir-riżultati juru li l-kargi tagħhom huma simili għal dawk proposti fit-taqsima preċedenti għall-ewwel interazzjoni. L-istrutturi kollha għandhom karga elettronika żero, li jfisser li kollha jinsabu fl-istat fundamentali.
Kif muri fit-Tabella 4, il-valuri TDM (ikkalkulati fil-livell PM6) ta' Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg żdiedu minn 11.581 Debye għal 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, u 15.756 meta Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg irreaġixxa ma' 1, 2, 3, 4, 5, u 6 unitajiet ta' gliċerol. Madankollu, l-enerġija totali tonqos biż-żieda fin-numru ta' unitajiet ta' gliċerol, u meta Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg jinteraġixxi ma' ċertu numru ta' unitajiet ta' gliċerol (1 sa 6), l-enerġija totali hija − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, u − 1637.432 eV, rispettivament.
Għat-tieni probabbiltà ta' interazzjoni, l-IP, il-Log P u l-polarizzabbiltà huma wkoll ikkalkulati fil-livell PM6 tat-teorija. Għalhekk, huma kkunsidraw tliet deskritturi l-aktar qawwija tar-reattività molekulari. Għall-istrutturi li jirrappreżentaw End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg li jinteraġixxu ma' 1, 2, 3, 4, 5 u 6 unitajiet ta' gliċerol, l-IP jiżdied minn −9.385 eV għal −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 u −8.900 eV. Madankollu, il-valur tal-Log P ikkalkulat kien aktar baxx minħabba l-plastifikazzjoni ta' End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg bil-gliċerol. Hekk kif il-kontenut tal-gliċerol jiżdied minn 1 għal 6, il-valuri tiegħu jsiru -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 u -10.53 minflok -3.643. Fl-aħħar nett, id-dejta tal-polarizzabbiltà wriet li ż-żieda fil-kontenut tal-gliċerol irriżultat fiż-żieda tal-polarizzabbiltà ta' Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg. Il-polarizzabbiltà tal-molekula mudell Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg żdiedet minn 31.703 Å għal 63.198 Å wara l-interazzjoni ma' 6 unitajiet tal-gliċerol. Huwa importanti li wieħed jinnota li ż-żieda fin-numru ta' unitajiet tal-gliċerol fit-tieni probabbiltà ta' interazzjoni titwettaq biex tikkonferma li minkejja n-numru kbir ta' atomi u l-istruttura kumplessa, il-prestazzjoni xorta titjieb biż-żieda fil-kontenut tal-gliċerol. Għalhekk, jista' jingħad li l-mudell PVA/Na Alg/gliċerina disponibbli jista' parzjalment jissostitwixxi l-batteriji tal-jone tal-litju, iżda hemm bżonn ta' aktar riċerka u żvilupp.
Il-karatterizzazzjoni tal-kapaċità ta' rbit ta' wiċċ ma' adsorbat u l-evalwazzjoni tal-interazzjonijiet uniċi bejn is-sistemi teħtieġ għarfien tat-tip ta' rabta eżistenti bejn kwalunkwe żewġ atomi, il-kumplessità tal-interazzjonijiet intermolekulari u intramolekulari, u d-distribuzzjoni tad-densità tal-elettroni tal-wiċċ u l-adsorbent. Id-densità tal-elettroni fil-punt kritiku tar-rabta (BCP) bejn l-atomi li jinteraġixxu hija kritika għall-valutazzjoni tas-saħħa tar-rabta fl-analiżi QTAIM. Iktar ma tkun għolja d-densità tal-ċarġ tal-elettroni, iktar tkun stabbli l-interazzjoni kovalenti u, b'mod ġenerali, iktar tkun għolja d-densità tal-elettroni f'dawn il-punti kritiċi. Barra minn hekk, jekk kemm id-densità totali tal-enerġija tal-elettroni (H(r)) kif ukoll id-densità tal-ċarġ ta' Laplace (∇2ρ(r)) huma inqas minn 0, dan jindika l-preżenza ta' interazzjonijiet kovalenti (ġenerali). Min-naħa l-oħra, meta ∇2ρ(r) u H(r) huma akbar minn 0.54, dan jindika l-preżenza ta' interazzjonijiet mhux kovalenti (qoxra magħluqa) bħal bonds dgħajfa tal-idroġenu, forzi ta' van der Waals u interazzjonijiet elettrostatiċi. L-analiżi QTAIM żvelat in-natura tal-interazzjonijiet mhux kovalenti fl-istrutturi studjati kif muri fil-Figuri 7 u 8. Abbażi tal-analiżi, il-molekuli mudell li jirrappreżentaw 3PVA − 2Na Alg u Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg urew stabbiltà ogħla mill-molekuli li jinteraġixxu ma' unitajiet differenti ta' gliċina. Dan għaliex numru ta' interazzjonijiet mhux kovalenti li huma aktar prevalenti fl-istruttura tal-alġinat bħal interazzjonijiet elettrostatiċi u bonds tal-idroġenu jippermettu lill-alġinat jistabbilizza l-kompożiti. Barra minn hekk, ir-riżultati tagħna juru l-importanza tal-interazzjonijiet mhux kovalenti bejn il-molekuli mudell 3PVA − 2Na Alg u Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg u l-gliċina, li jindika li l-gliċina għandha rwol importanti fil-modifika tal-ambjent elettroniku ġenerali tal-kompożiti.
Analiżi QTAIM tal-molekula mudell 3PVA − 2NaAlg li tinteraġixxi ma' (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (ċ) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, u (f) 5Gly.