Ташаккур барои боздид аз nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки версияи охирини браузерро истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, ин сайт услубҳо ё JavaScript-ро дар бар намегирад.
Аз сабаби захираҳои фаровони натрий, батареяҳои иони натрий (NIB) як роҳи ҳалли алтернативии умедбахш барои нигоҳдории энергияи электрохимиявӣ мебошанд. Дар айни замон, монеаи асосӣ дар рушди технологияи NIB набудани маводҳои электродӣ мебошад, ки метавонанд ионҳои натрийро муддати тӯлонӣ баръакс нигоҳ доранд/озод кунанд. Аз ин рӯ, ҳадафи ин таҳқиқот таҳқиқи назариявии таъсири иловаи глицерол ба омехтаҳои спирти поливинил (PVA) ва алгинати натрий (NaAlg) ҳамчун маводҳои электроди NIB мебошад. Ин таҳқиқот ба тавсифҳои электронӣ, гармӣ ва миқдории робитаи сохтор-фаъолияти (QSAR) электролитҳои полимерӣ дар асоси омехтаҳои PVA, алгинати натрий ва глицерол тамаркуз мекунад. Ин хосиятҳо бо истифода аз усулҳои нимэмпирикӣ ва назарияи функсионалии зичӣ (DFT) таҳқиқ карда мешаванд. Азбаски таҳлили сохторӣ тафсилоти таъсири мутақобилаи байни PVA/алгинат ва глицеролро ошкор кард, энергияи фосилаи банд (Eg) таҳқиқ карда шуд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки илова кардани глицерол боиси коҳиши арзиши Eg то 0,2814 эВ мегардад. Сатҳи потенсиали электростатикии молекулавӣ (MESP) тақсимоти минтақаҳои бой аз электрон ва камбағал ва зарядҳои молекулавиро дар тамоми системаи электролит нишон медиҳад. Параметрҳои гармии омӯхташуда энтальпия (H), энтропия (ΔS), иқтидори гармӣ (Cp), энергияи озоди Гиббс (G) ва гармии ташаккулро дар бар мегиранд. Илова бар ин, дар ин таҳқиқот якчанд тавсифҳои муносибати миқдории сохтор-фаъолият (QSAR), ба монанди моменти диполи умумӣ (TDM), энергияи умумӣ (E), потенсиали ионизатсия (IP), Log P ва поляризатсияшавандагӣ таҳқиқ карда шуданд. Натиҷаҳо нишон доданд, ки H, ΔS, Cp, G ва TDM бо афзоиши ҳарорат ва миқдори глицерин афзоиш ёфтанд. Дар айни замон, гармии ташаккул, IP ва E коҳиш ёфт, ки реактивӣ ва поляризатсияшавандагиро беҳтар кард. Илова бар ин, бо илова кардани глицерин, шиддати ҳуҷайра то 2.488 В афзоиш ёфт. Ҳисобҳои DFT ва PM6, ки ба электролитҳои глицерини PVA/Na Alg асос ёфтаанд, ки арзиши кам доранд, нишон медиҳанд, ки онҳо метавонанд батареяҳои литий-ионро қисман иваз кунанд, зеро онҳо бисёрфунксионалии худро доранд, аммо такмил ва таҳқиқоти минбаъда лозиманд.
Гарчанде ки батареяҳои литий-ион (ЛИБ) ба таври васеъ истифода мешаванд, истифодаи онҳо бо маҳдудиятҳои зиёд рӯбарӯ мешавад, зеро мӯҳлати кӯтоҳи фаъолият, арзиши баланд ва нигарониҳои бехатарӣ ба назар мерасад. Батареяҳои ионии натрий (СИБ) метавонанд ба ЛИБ-ҳо аз сабаби дастрасии васеъ, арзиши паст ва заҳролуд набудани унсури натрий алтернативаи қобили қабул гарданд. Батареяҳои ионии натрий (СИБ) ба як системаи нигоҳдории энергия барои дастгоҳҳои электрохимиявӣ табдил меёбанд1. Батареяҳои ионии натрий барои осон кардани интиқоли ионҳо ва тавлиди ҷараёни электрикӣ ба электролитҳо такя мекунанд2,3. Электролитҳои моеъ асосан аз намакҳои металлӣ ва ҳалкунандаҳои органикӣ иборатанд. Истифодаи амалӣ ба баррасии бодиққати бехатарии электролитҳои моеъ ниёз дорад, хусусан вақте ки батарея ба фишори гармӣ ё электрикӣ дучор мешавад4.
Интизор меравад, ки батареяҳои иони натрий (SIB) дар ояндаи наздик батареяҳои литий-ионро иваз кунанд, зеро захираҳои фаровони уқёнусӣ, заҳролуд набудан ва арзиши пасти мавод доранд. Синтези наноматериалҳо рушди нигоҳдории маълумот, дастгоҳҳои электронӣ ва оптикиро суръат бахшидааст. Маҷмӯи зиёди адабиёт истифодаи наносохторҳои гуногун (масалан, оксидҳои металлӣ, графен, нанонайчаҳо ва фуллеренҳо)-ро дар батареяҳои иони натрий нишон додааст. Таҳқиқот ба таҳияи маводҳои анодӣ, аз ҷумла полимерҳо, барои батареяҳои иони натрий аз сабаби чандирӣ ва тозагии экологӣ нигаронида шудааст. Таваҷҷӯҳ ба тадқиқот дар соҳаи батареяҳои полимерии барқгиранда бешубҳа афзоиш хоҳад ёфт. Маводҳои нави электродҳои полимерӣ бо сохторҳо ва хосиятҳои беназир эҳтимолан роҳро барои технологияҳои нигоҳдории энергияи аз ҷиҳати экологӣ тоза ҳамвор мекунанд. Гарчанде ки маводҳои гуногуни электродҳои полимерӣ барои истифода дар батареяҳои иони натрий омӯхта шудаанд, ин соҳа ҳанӯз дар марҳилаҳои аввали рушд қарор дорад. Барои батареяҳои иони натрий, маводҳои бештари полимерӣ бо конфигуратсияҳои гуногуни сохторӣ бояд омӯхта шаванд. Бар асоси дониши кунунии мо дар бораи механизми нигоҳдории ионҳои натрий дар маводҳои электроди полимерӣ, метавон фарзия кард, ки гурӯҳҳои карбонил, радикалҳои озод ва гетероатомҳо дар системаи конъюгатӣ метавонанд ҳамчун марказҳои фаъол барои таъсири мутақобила бо ионҳои натрий хизмат кунанд. Аз ин рӯ, таҳияи полимерҳои нав бо зичии баланди ин марказҳои фаъол муҳим аст. Электролити полимерии гелӣ (GPE) як технологияи алтернативӣ мебошад, ки эътимоднокии батарея, гузаронандагии ионҳо, набудани ихроҷ, чандирии баланд ва кори хубро беҳтар мекунад12.
Матритсаҳои полимерӣ маводҳоеро дар бар мегиранд, ба монанди PVA ва оксиди полиэтилен (PEO)13. Полимери гелигузаранда (GPE) электролити моеъро дар матритсаи полимерӣ имҳаракат мекунад, ки хатари ихроҷро дар муқоиса бо ҷудокунакҳои тиҷоратӣ кам мекунад14. PVA як полимери синтетикии биологӣ-таҷзияшаванда аст. Он дорои гузаронандагии баланд, арзон ва заҳролуд нест. Ин мавод бо хосиятҳои ташаккули плёнка, устувории кимиёвӣ ва часпиши худ машҳур аст. Он инчунин дорои гурӯҳҳои функсионалӣ (OH) ва зичии баланди потенсиали пайванди салибӣ15,16,17 мебошад. Омехта кардани полимер, илова кардани пластификатор, илова кардани композитӣ ва усулҳои полимеризатсияи in situ барои беҳтар кардани гузаронандагии электролитҳои полимерии PVA барои кам кардани кристаллияти матритса ва афзоиши чандирии занҷир18,19,20 истифода шудаанд.
Омехтакунӣ як усули муҳим барои таҳияи маводҳои полимерӣ барои истифода дар саноат мебошад. Омехтаҳои полимерӣ аксар вақт барои: (1) беҳтар кардани хосиятҳои коркарди полимерҳои табиӣ дар истифода дар саноат; (2) беҳтар кардани хосиятҳои кимиёвӣ, физикӣ ва механикии маводҳои биологӣ вайроншаванда; ва (3) мутобиқ шудан ба талаботи зуд тағйирёбанда ба маводҳои нав дар саноати бастабандии хӯрокворӣ истифода мешаванд. Бар хилофи сополимеризатсия, омезиши полимер як раванди арзон аст, ки барои ба даст овардани хосиятҳои дилхоҳ равандҳои оддии физикиро ба ҷои равандҳои мураккаби кимиёвӣ истифода мебарад21. Барои ташкили гомополимерҳо, полимерҳои гуногун метавонанд тавассути қувваҳои дипол-диполӣ, пайвандҳои гидрогенӣ ё комплексҳои интиқоли заряд ҳамкорӣ кунанд22,23. Омехтаҳое, ки аз полимерҳои табиӣ ва синтетикӣ сохта шудаанд, метавонанд мутобиқати хуби биологиро бо хосиятҳои аълои механикӣ муттаҳид кунанд ва маводи аълоро бо хароҷоти ками истеҳсолӣ эҷод кунанд24,25. Аз ин рӯ, ба эҷоди маводҳои полимерии биологӣ аҳамияти калон дода шудааст, ки бо омезиши полимерҳои синтетикӣ ва табиӣ эҷод карда мешаванд. PVA-ро бо алгинати натрий (NaAlg), селлюлоза, хитозан ва крахмал26 якҷоя кардан мумкин аст.
Алгинати натрий як полимери табиӣ ва полисахариди анионӣ мебошад, ки аз обсабзҳои қаҳваранги баҳрӣ истихроҷ карда мешавад. Алгинати натрий аз кислотаи D-маннуронии бо β-(1-4) пайвастшуда (M) ва кислотаи L-гулуронии бо α-(1-4) пайвастшуда (G) иборат аст, ки ба шаклҳои гомополимерӣ (поли-M ва поли-G) ва блокҳои гетерополимерӣ (MG ё GM)27 тақсим шудаанд. Таркиб ва таносуби нисбии блокҳои M ва G ба хосиятҳои химиявӣ ва физикии алгинат28,29 таъсири назаррас мерасонад. Алгинати натрий аз сабаби биотаҷзияшавандагӣ, биомутобиқатпазирӣ, арзиши паст, хосиятҳои хуби плёнкашакл ва ғайризаҳролуд буданаш ба таври васеъ истифода ва омӯхта мешавад. Бо вуҷуди ин, шумораи зиёди гурӯҳҳои озоди гидроксил (OH) ва карбоксилат (COO) дар занҷири алгинат алгинатро хеле гидрофилӣ мегардонад. Бо вуҷуди ин, алгинат аз сабаби шиканандагӣ ва сахтии худ хосиятҳои механикии паст дорад. Аз ин рӯ, алгинатро бо дигар маводҳои синтетикӣ якҷоя кардан мумкин аст, то ҳассосияти об ва хосиятҳои механикиро беҳтар созад30,31.
Пеш аз тарҳрезии маводҳои нави электродӣ, ҳисобҳои DFT аксар вақт барои арзёбии имконияти истеҳсоли маводҳои нав истифода мешаванд. Ғайр аз ин, олимон аз моделсозии молекулавӣ барои тасдиқ ва пешгӯии натиҷаҳои таҷрибавӣ, сарфаи вақт, кам кардани партовҳои кимиёвӣ ва пешгӯии рафтори мутақобила истифода мебаранд32. Моделсозии молекулавӣ дар бисёр соҳаҳо, аз ҷумла илми маводшиносӣ, наноматериалҳо, химияи ҳисоббарорӣ ва кашфи доруҳо ба як соҳаи пуриқтидор ва муҳими илм табдил ёфтааст33,34. Бо истифода аз барномаҳои моделсозӣ, олимон метавонанд мустақиман маълумоти молекулавӣ, аз ҷумла энергия (гармии ташаккул, потенсиали ионизатсия, энергияи фаъолсозӣ ва ғайра) ва геометрия (кунҷҳои пайванд, дарозии пайванд ва кунҷҳои печиш)35 ба даст оранд. Илова бар ин, хосиятҳои электронӣ (заряд, энергияи фосилаи банди HOMO ва LUMO, наздикии электронӣ), хосиятҳои спектрӣ (ҳолатҳо ва шиддатҳои хоси ларзишӣ, ба монанди спектрҳои FTIR) ва хосиятҳои ҳаҷмӣ (ҳаҷм, диффузия, часпакӣ, модул ва ғайра)36 ҳисоб карда мешаванд.
LiNiPO4 бартариҳои эҳтимолиро дар рақобат бо маводҳои электроди мусбати батареяи литий-ионӣ нишон медиҳад, ки зичии баланди энергияи он (шиддати кории тақрибан 5.1 В) мебошад. Барои пурра истифода бурдани бартарии LiNiPO4 дар минтақаи шиддати баланд, шиддати корӣ бояд паст карда шавад, зеро электролити баландшиддати таҳияшуда танҳо дар шиддатҳои камтар аз 4.8 В метавонад нисбатан устувор боқӣ монад. Чжан ва ҳамкоронаш допингкунии ҳамаи металлҳои гузариши 3d, 4d ва 5d-ро дар макони Ni-и LiNiPO4 таҳқиқ карданд, намунаҳои допингро бо иҷрои аълои электрохимиявӣ интихоб карданд ва шиддати кории LiNiPO4-ро ҳангоми нигоҳ доштани устувории нисбии иҷрои электрохимиявии он танзим карданд. Пасттарин шиддатҳои кории ба даст овардашуда барои LiNiPO4-и бо Ti, Nb ва Ta допингшуда мутаносибан 4.21, 3.76 ва 3.5037 буданд.
Аз ин рӯ, ҳадафи ин таҳқиқот таҳқиқи назариявии таъсири глицерин ҳамчун пластификатор ба хосиятҳои электронӣ, тавсифкунандагони QSAR ва хосиятҳои гармии системаи PVA/NaAlg бо истифода аз ҳисобҳои механикии квантӣ барои татбиқи он дар батареяҳои ион-ионии барқгиранда мебошад. Таъсири мутақобилаи молекулавӣ байни модели PVA/NaAlg ва глицерин бо истифода аз назарияи атомии квантии Бадер (QTAIM) таҳлил карда шуданд.
Модели молекулавӣ, ки таъсири мутақобилаи PVA-ро бо NaAlg ва сипас бо глицерин нишон медиҳад, бо истифода аз DFT оптимизатсия карда шуд. Модел бо истифода аз нармафзори Gaussian 0938 дар Шуъбаи Спектроскопия, Маркази миллии тадқиқотӣ, Қоҳира, Миср ҳисоб карда шуд. Моделҳо бо истифода аз DFT дар сатҳи B3LYP/6-311G(d, p) оптимизатсия карда шуданд39,40,41,42. Барои тасдиқи таъсири мутақобилаи байни моделҳои омӯхташуда, таҳқиқоти басомад, ки дар ҳамон сатҳи назария гузаронида шудаанд, устувории геометрияи оптимизатсияшударо нишон медиҳанд. Набудани басомадҳои манфӣ дар байни ҳамаи басомадҳои арзёбӣшуда сохтори бадастомадаро дар минимумҳои мусбати ҳақиқӣ дар сатҳи энергияи потенсиалӣ нишон медиҳад. Параметрҳои физикӣ ба монанди TDM, энергияи фосилаи банди HOMO/LUMO ва MESP дар ҳамон сатҳи назарияи квантӣ ҳисоб карда шуданд. Илова бар ин, баъзе параметрҳои гармӣ, аз қабили гармии ниҳоии ташаккул, энергияи озод, энтропия, энтальпия ва иқтидори гармӣ бо истифода аз формулаҳои дар Ҷадвали 1 овардашуда ҳисоб карда шуданд. Моделҳои омӯхташуда барои муайян кардани таъсири мутақобила, ки дар сатҳи сохторҳои омӯхташуда ба амал меоянд, таҳлили назарияи квантии атомҳо дар молекулаҳо (QTAIM) гузаронида шуданд. Ин ҳисобҳо бо истифода аз фармони "output=wfn" дар рамзи нармафзори Gaussian 09 анҷом дода шуданд ва сипас бо истифода аз рамзи нармафзори Avogadro43 визуализатсия карда шуданд.
Дар ин ҷо E энергияи дохилӣ, P фишор, V ҳаҷм, Q мубодилаи гармӣ байни система ва муҳити он, T ҳарорат, ΔH тағйирёбии энтальпия, ΔG тағйирёбии энергияи озод, ΔS тағйирёбии энтропия, a ва b параметрҳои ларзишӣ, q заряди атомӣ ва C зичии электронҳои атомӣ44,45 мебошад. Дар ниҳоят, ҳамон сохторҳо оптимизатсия карда шуданд ва параметрҳои QSAR дар сатҳи PM6 бо истифода аз рамзи нармафзори SCIGRESS46 дар Шуъбаи Спектроскопияи Маркази миллии тадқиқотӣ дар Қоҳира, Миср ҳисоб карда шуданд.
Дар кори қаблии худ47, мо модели эҳтимолангезро, ки таъсири мутақобилаи се воҳиди PVA-ро бо ду воҳиди NaAlg тавсиф мекунад, бо глицерол ҳамчун пластификатор арзёбӣ кардем. Тавре ки дар боло қайд кардем, ду имкон барои таъсири мутақобилаи PVA ва NaAlg вуҷуд дорад. Ду модел, ки 3PVA-2Na Alg (дар асоси рақами карбон 10) ва Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg номида мешаванд, дар муқоиса бо дигар сохторҳои баррасишуда арзиши хурдтарини фосилаи энергия48 доранд. Аз ин рӯ, таъсири иловаи Gly ба модели эҳтимолангезтарини полимери омехтаи PVA/Na Alg бо истифода аз ду сохтори охирин таҳқиқ карда шуд: 3PVA-(C10)2Na Alg (барои соддагӣ ҳамчун 3PVA-2Na Alg номида мешавад) ва Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Тибқи адабиёт, PVA, NaAlg ва глицерол метавонанд танҳо пайвандҳои заифи гидрогениро байни гурӯҳҳои функсионалии гидроксил ташкил диҳанд. Азбаски ҳам тримери PVA ва ҳам димери NaAlg ва глицерол якчанд гурӯҳҳои OH доранд, тамосро тавассути яке аз гурӯҳҳои OH амалӣ кардан мумкин аст. Расми 1 таъсири мутақобилаи байни молекулаи глицероли моделӣ ва молекулаи моделӣ 3PVA-2Na Alg ва расми 2 модели сохташудаи таъсири мутақобилаи байни молекулаи моделӣ Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ва консентратсияҳои гуногуни глицеролро нишон медиҳад.
Сохторҳои оптимизатсияшуда: (a) Gly ва 3PVA − 2Na Alg бо (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly ва (f) 5 Gly ҳамкорӣ мекунанд.
Сохторҳои оптимизатсияшудаи Терминали 1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg, ки бо (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly ва (f) 6 Gly ҳамкорӣ мекунанд.
Энергияи фосилаи банди электронҳо параметри муҳимест, ки ҳангоми омӯзиши реактивии ҳама гуна маводи электрод бояд ба назар гирифта шавад. Зеро он рафтори электронҳоро ҳангоми дучор шудан ба тағйироти беруна тавсиф мекунад. Аз ин рӯ, зарур аст, ки энергияҳои фосилаи банди электронии HOMO/LUMO-ро барои ҳамаи сохторҳои омӯхташуда ҳисоб кард. Ҷадвали 2 тағйироти энергияҳои HOMO/LUMO-и 3PVA-(C10)2Na Alg ва Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg-ро аз ҳисоби илова кардани глицерин нишон медиҳад. Мувофиқи маълумоти ref47, арзиши Eg-и 3PVA-(C10)2Na Alg 0.2908 эВ аст, дар ҳоле ки арзиши Eg-и сохтор, ки эҳтимолияти таъсири мутақобилаи дуюмро (яъне Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) инъикос мекунад, 0.5706 эВ аст.
Аммо, муайян карда шуд, ки илова кардани глицерин боиси тағирёбии ночизи арзиши Eg-и 3PVA-(C10)2Na Alg гардид. Вақте ки 3PVA-(C10)2NaAlg бо 1, 2, 3, 4 ва 5 воҳиди глицерин ҳамкорӣ кард, арзишҳои Eg-и он мутаносибан 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 ва 0,281 eV шуданд. Аммо, як фаҳмиши арзишманд вуҷуд дорад, ки пас аз илова кардани 3 воҳиди глицерин, арзиши Eg нисбат ба арзиши 3PVA-(C10)2Na Alg хурдтар шуд. Моделе, ки таъсири мутақобилаи 3PVA-(C10)2Na Alg-ро бо панҷ воҳиди глицерин ифода мекунад, эҳтимолтарин модели таъсири мутақобила мебошад. Ин маънои онро дорад, ки бо афзоиши шумораи воҳидҳои глицерин, эҳтимолияти таъсири мутақобила низ меафзояд.
Дар айни замон, барои эҳтимолияти дуюми таъсири мутақобила, энергияҳои HOMO/LUMO-и молекулаҳои модел, ки 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 ва Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly-ро ифода мекунанд, мутаносибан 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 ва 0.496 eV мешаванд. Ҷадвали 2 энергияҳои ҳисобшудаи фосилаи банди HOMO/LUMO-ро барои ҳамаи сохторҳо нишон медиҳад. Ғайр аз ин, дар ин ҷо ҳамон рафтори эҳтимолияти таъсири мутақобилаи гурӯҳи аввал такрор мешавад.
Назарияи бандҳо дар физикаи ҳолати сахт мегӯяд, ки бо кам шудани фосилаи банди маводи электрод, гузаронандагии электронии мавод меафзояд. Допинг як усули маъмули кам кардани фосилаи банди маводҳои катоди натрий-ион мебошад. Ҷзян ва ҳамкоронаш допинги Cu-ро барои беҳтар кардани гузаронандагии электронии маводҳои қабатдори β-NaMnO2 истифода бурданд. Бо истифода аз ҳисобҳои DFT, онҳо муайян карданд, ки допинг фосилаи банди маводро аз 0,7 эВ то 0,3 эВ кам кардааст. Ин нишон медиҳад, ки допинги Cu гузаронандагии электронии маводи β-NaMnO2-ро беҳтар мекунад.
MESP ҳамчун энергияи таъсири мутақобила байни тақсимоти заряди молекулавӣ ва як заряди мусбат муайян карда мешавад. MESP воситаи муассир барои фаҳмидан ва тафсири хосиятҳои кимиёвӣ ва реактивӣ ҳисобида мешавад. MESP метавонад барои фаҳмидани механизмҳои таъсири мутақобила байни маводҳои полимерӣ истифода шавад. MESP тақсимоти зарядро дар дохили пайвастагии таҳқиқшаванда тавсиф мекунад. Илова бар ин, MESP дар бораи марказҳои фаъол дар маводҳои таҳқиқшаванда маълумот медиҳад32. Расми 3 графикҳои MESP-и 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly ва 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly-ро, ки дар сатҳи назарияи B3LYP/6-311G(d, p) пешгӯӣ шудаанд, нишон медиҳад.
Контурҳои MESP бо истифода аз B3LYP/6-311 g(d, p) барои (a) Gly ва 3PVA − 2Na Alg, ки бо (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly ва (f) 5 Gly ҳамкорӣ мекунанд, ҳисоб карда шудаанд.
Дар ҳамин ҳол, Расми 4 натиҷаҳои ҳисобшудаи MESP-ро барои 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 ва Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly мутаносибан нишон медиҳад. MESP-и ҳисобшуда ҳамчун рафтори контурӣ нишон дода шудааст. Хатҳои контурӣ бо рангҳои гуногун нишон дода шудаанд. Ҳар як ранг арзиши гуногуни электроманфиро нишон медиҳад. Ранги сурх мавзеъҳои хеле электроманфи ё реактивиро нишон медиҳад. Дар ҳамин ҳол, ранги зард мавзеъҳои бетараф 49, 50, 51-ро дар сохтор нишон медиҳад. Натиҷаҳои MESP нишон доданд, ки реактивии 3PVA-(C10)2Na Alg бо афзоиши ранги сурх дар атрофи моделҳои омӯхташуда афзоиш ёфтааст. Дар айни замон, шиддати ранги сурх дар харитаи MESP-и молекулаи модели Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg аз сабаби таъсири мутақобила бо миқдори гуногуни глицерин коҳиш меёбад. Тағйирёбии тақсимоти ранги сурх дар атрофи сохтори пешниҳодшуда реактивиро инъикос мекунад, дар ҳоле ки афзоиши шиддат афзоиши электроманфии молекулаи модели 3PVA-(C10)2Na Alg-ро аз сабаби афзоиши миқдори глицерин тасдиқ мекунад.
B3LYP/6-311 g(d, p) MESP-и ҳисобшудаи 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, ки бо (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly ва (f) 6 Gly ҳамкорӣ мекунад.
Ҳамаи сохторҳои пешниҳодшуда параметрҳои гармии худро, аз қабили энтальпия, энтропия, иқтидори гармӣ, энергияи озод ва гармии ташаккул, ки дар ҳароратҳои гуногун дар диапазони аз 200 К то 500 К ҳисоб карда шудаанд, доранд. Барои тавсифи рафтори системаҳои физикӣ, илова бар омӯзиши рафтори электронии онҳо, омӯзиши рафтори гармии онҳо ҳамчун функсияи ҳарорат аз сабаби таъсири мутақобилаи онҳо бо якдигар низ зарур аст, ки онро бо истифода аз муодилаҳои дар Ҷадвали 1 овардашуда ҳисоб кардан мумкин аст. Омӯзиши ин параметрҳои гармӣ нишондиҳандаи муҳими вокуниш ва устувории чунин системаҳои физикӣ дар ҳароратҳои гуногун ҳисобида мешавад.
Дар мавриди энтальпияи тримери PVA, он аввал бо димери NaAlg, сипас тавассути гурӯҳи OH, ки ба атоми карбон №10 пайваст аст ва дар ниҳоят бо глицерол реаксия мекунад. Энтальпия ченаки энергия дар системаи термодинамикӣ мебошад. Энтальпия ба гармии умумӣ дар система баробар аст, ки ба энергияи дохилии система ва ҳосили ҳаҷм ва фишори он баробар аст. Ба ибораи дигар, энтальпия нишон медиҳад, ки чӣ қадар гармӣ ва кор ба модда илова ё аз он хориҷ карда мешавад52.
Расми 5 тағйироти энтальпияро ҳангоми реаксияи 3PVA-(C10)2Na Alg бо консентратсияҳои гуногуни глицерол нишон медиҳад. Ихтисороти A0, A1, A2, A3, A4 ва A5 молекулаҳои моделии 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 ва 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly мутаносибан ифода мекунанд. Расми 5a нишон медиҳад, ки энтальпия бо афзоиши ҳарорат ва миқдори глицерол меафзояд. Энтальпияи сохторе, ки 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (яъне A5)-ро дар ҳарорати 200 К ифода мекунад, 27.966 кал/мол аст, дар ҳоле ки энтальпияи сохторе, ки 3PVA-2NaAlg-ро дар ҳарорати 200 К ифода мекунад, 13.490 кал/мол аст. Ниҳоят, азбаски энтальпия мусбат аст, ин реаксия эндотермикӣ аст.
Энтропия ҳамчун ченаки энергияи дастнорас дар системаи термодинамикии пӯшида муайян карда мешавад ва аксар вақт ҳамчун ченаки бетартибии система ҳисобида мешавад. Расми 5b тағйироти энтропияи 3PVA-(C10)2NaAlg бо ҳарорат ва чӣ гуна он бо воҳидҳои гуногуни глицерол ҳамкорӣ мекунад, нишон медиҳад. График нишон медиҳад, ки энтропия ҳангоми баланд шудани ҳарорат аз 200 К то 500 К ба таври хаттӣ тағйир меёбад. Расми 5b ба таври возеҳ нишон медиҳад, ки энтропияи модели 3PVA-(C10)2Na Alg дар ҳарорати 200 К ба 200 кал/К/мол майл мекунад, зеро модели 3PVA-(C10)2Na Alg бетартибии шабакавии камтарро нишон медиҳад. Бо баланд шудани ҳарорат, модели 3PVA-(C10)2Na Alg бетартиб мешавад ва афзоиши энтропияро бо афзоиши ҳарорат шарҳ медиҳад. Ғайр аз ин, маълум аст, ки сохтори 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly дорои баландтарин арзиши энтропия мебошад.
Ҳамин рафтор дар расми 5c мушоҳида мешавад, ки тағирёбии иқтидори гармиро бо ҳарорат нишон медиҳад. Иқтидори гармӣ миқдори гармии лозима барои тағир додани ҳарорати миқдори муайяни модда ба андозаи 1 °C47 мебошад. Расми 5c тағирёбии иқтидори гармии молекулаи модели 3PVA-(C10)2NaAlg-ро дар натиҷаи таъсири мутақобила бо 1, 2, 3, 4 ва 5 воҳиди глицерин нишон медиҳад. Расм нишон медиҳад, ки иқтидори гармии модели 3PVA-(C10)2NaAlg бо ҳарорат ба таври хаттӣ меафзояд. Афзоиши мушоҳидашудаи иқтидори гармӣ бо афзоиши ҳарорат ба ларзишҳои гармии фонон нисбат дода мешавад. Илова бар ин, далелҳо мавҷуданд, ки афзоиши миқдори глицерин боиси афзоиши иқтидори гармии модели 3PVA-(C10)2NaAlg мегардад. Ғайр аз ин, сохтор нишон медиҳад, ки 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly дар муқоиса бо дигар сохторҳо арзиши баландтарини иқтидори гармӣ дорад.
Параметрҳои дигар, ба монанди энергияи озод ва гармии ниҳоии ташаккул барои сохторҳои омӯхташуда ҳисоб карда шуданд ва мутаносибан дар расми 5d ва e нишон дода шудаанд. Гармии ниҳоии ташаккул гармие мебошад, ки ҳангоми ташаккули моддаи холис аз унсурҳои таркибии он дар зери фишори доимӣ ҷудо ё ҷаббида мешавад. Энергияи озодро метавон ҳамчун хосияти монанд ба энергия муайян кард, яъне арзиши он аз миқдори модда дар ҳар як ҳолати термодинамикӣ вобаста аст. Энергияи озод ва гармии ташаккули 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly пасттарин буданд ва мутаносибан -1318.338 ва -1628.154 ккал/мол буданд. Баръакс, сохторе, ки 3PVA-(C10)2NaAlg-ро ифода мекунад, дар муқоиса бо дигар сохторҳо баландтарин арзишҳои энергияи озод ва гармии ташаккулро мутаносибан -690.340 ва -830.673 ккал/мол дорад. Тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст, хосиятҳои гуногуни гармӣ аз сабаби таъсири мутақобила бо глицерин тағйир меёбанд. Энергияи озоди Гиббс манфӣ аст, ки нишон медиҳад, ки сохтори пешниҳодшуда устувор аст.
PM6 параметрҳои гармии 3PVA- (C10) 2Na Alg (модели A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (модели A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (модели A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (модели A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (модели A4) ва 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (модели A5)-и холисро ҳисоб кард, ки дар он (а) энтальпия, (б) энтропия, (в) иқтидори гармӣ, (г) энергияи озод ва (д) гармии ташаккулёбӣ мебошад.
Аз тарафи дигар, режими дуюми таъсири мутақобила байни тримери PVA ва димерии NaAlg дар гурӯҳҳои терминалӣ ва миёнаи OH дар сохтори тримери PVA ба амал меояд. Мисли гурӯҳи аввал, параметрҳои гармӣ бо истифода аз ҳамон сатҳи назария ҳисоб карда шуданд. Расми 6a-e тағирёбии энтальпия, энтропия, иқтидори гармӣ, энергияи озод ва дар ниҳоят гармии ташаккулро нишон медиҳад. Расми 6a-c нишон медиҳад, ки энтальпия, энтропия ва иқтидори гармии Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg ҳангоми таъсири мутақобила бо воҳидҳои 1, 2, 3, 4, 5 ва 6 ҳамон рафторро ба гурӯҳи аввал нишон медиҳанд. Ғайр аз ин, арзишҳои онҳо бо афзоиши ҳарорат тадриҷан меафзояд. Илова бар ин, дар модели пешниҳодшудаи Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg, арзишҳои энтальпия, энтропия ва иқтидори гармӣ бо афзоиши миқдори глицерол афзоиш ёфтанд. Ихтисораҳои B0, B1, B2, B3, B4, B5 ва B6 мутаносибан сохторҳои зеринро ифода мекунанд: 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 ва Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Тавре ки дар расми 6a–c нишон дода шудааст, маълум аст, ки арзишҳои энтальпия, энтропия ва гармиғунҷоиш бо афзоиши шумораи воҳидҳои глицерин аз 1 то 6 меафзояд.
PM6 параметрҳои гармии холиси Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg (модели B0), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (модели B1), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (модели B2), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (модели B3), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (модели B4), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (модели B5) ва Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (модели B6)-ро, аз ҷумла (а) энтальпия, (б) энтропия, (в) иқтидори гармӣ, (г) энергияи озод ва (д) гармии ташаккулро ҳисоб кард.
Илова бар ин, сохторе, ки Терминали 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-6 Gly-ро ифода мекунад, дар муқоиса бо дигар сохторҳо дорои арзишҳои баландтарини энтальпия, энтропия ва иқтидори гармӣ мебошад. Дар байни онҳо, арзишҳои онҳо аз 16.703 кал/мол, 257.990 кал/мол/К ва 131.323 ккал/мол дар Терминали 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg то 33.223 кал/мол, 420.038 кал/мол/К ва 275.923 ккал/мол дар Терминали 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg − 6 Gly мутаносибан афзоиш ёфтанд.
Аммо, расмҳои 6d ва e вобастагии ҳароратро аз энергияи озод ва гармии ниҳоии ташаккулёбӣ (HF) нишон медиҳанд. HF-ро метавон ҳамчун тағирёбии энтальпия муайян кард, ки ҳангоми ташкил шудани як моли модда аз унсурҳои он дар шароити табиӣ ва стандартӣ ба амал меояд. Аз расм маълум аст, ки энергияи озод ва гармии ниҳоии ташаккулёбии ҳамаи сохторҳои омӯхташуда вобастагии хаттиро аз ҳарорат нишон медиҳанд, яъне онҳо бо афзоиши ҳарорат тадриҷан ва хаттӣ афзоиш меёбанд. Илова бар ин, расм инчунин тасдиқ кард, ки сохторе, ки Терминали 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly-ро ифода мекунад, пасттарин энергияи озод ва пасттарин HF дорад. Ҳарду параметр аз -758.337 то -899.741 К кал/мол дар Терминали 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly то -1,476.591 ва -1,828.523 К кал/мол коҳиш ёфтанд. Аз натиҷаҳо маълум аст, ки HF бо афзоиши воҳидҳои глицерин коҳиш меёбад. Ин маънои онро дорад, ки бо сабаби афзоиши гурӯҳҳои функсионалӣ, реактивӣ низ меафзояд ва аз ин рӯ, барои анҷом додани реаксия энергияи камтар лозим аст. Ин тасдиқ мекунад, ки PVA/NaAlg-и пластикӣ метавонад дар батареяҳо аз сабаби реактивии баланди он истифода шавад.
Умуман, таъсири ҳарорат ба ду намуд тақсим мешавад: таъсири ҳарорати паст ва таъсири ҳарорати баланд. Таъсири ҳарорати паст асосан дар кишварҳое, ки дар арзҳои баланд ҷойгиранд, ба монанди Гренландия, Канада ва Русия эҳсос мешавад. Дар зимистон, ҳарорати ҳавои беруна дар ин ҷойҳо хеле пасттар аз сифр дараҷа аст. Мӯҳлати кор ва кори батареяҳои литий-ион метавонад аз ҳарорати паст, махсусан онҳое, ки дар мошинҳои барқии гибридии васлшаванда, мошинҳои барқии холис ва мошинҳои барқии гибридӣ истифода мешаванд, таъсир расонад. Сафари кайҳонӣ муҳити дигари сардест, ки ба батареяҳои литий-ион ниёз дорад. Масалан, ҳарорат дар Миррих метавонад то -120 дараҷа паст шавад, ки монеаи назаррас барои истифодаи батареяҳои литий-ион дар киштиҳои кайҳонӣ эҷод мекунад. Ҳарорати пасти корӣ метавонад боиси коҳиши суръати интиқоли заряд ва фаъолияти реаксияи кимиёвии батареяҳои литий-ион гардад, ки боиси коҳиши суръати паҳншавии ионҳои литий дар дохили электрод ва гузаронандагии ионӣ дар электролит мегардад. Ин таназзул боиси коҳиши иқтидор ва қувваи энергия ва баъзан ҳатто коҳиши самаранокӣ мегардад53.
Таъсири ҳарорати баланд дар доираи васеи муҳитҳои татбиқӣ, аз ҷумла ҳам муҳитҳои ҳарорати баланд ва ҳам паст, ба амал меояд, дар ҳоле ки таъсири ҳарорати паст асосан ба муҳитҳои татбиқии ҳарорати паст маҳдуд аст. Таъсири ҳарорати паст асосан аз ҷониби ҳарорати муҳит муайян карда мешавад, дар ҳоле ки таъсири ҳарорати баланд одатан ба ҳарорати баланди дохили батареяи литий-ион ҳангоми кор нисбат дода мешавад.
Батареяҳои литий-ионӣ дар шароити ҷараёни баланд (аз ҷумла пуркунии зуд ва холӣ кардани зуд) гармӣ ба вуҷуд меоранд, ки боиси баланд шудани ҳарорати дохилӣ мегардад. Таъсири ҳарорати баланд инчунин метавонад боиси паст шудани кори батарея, аз ҷумла аз даст додани иқтидор ва қудрат гардад. Одатан, аз даст додани литий ва барқароршавии маводҳои фаъол дар ҳарорати баланд боиси аз даст додани иқтидор мегардад ва аз даст додани иқтидор аз сабаби афзоиши муқовимати дохилӣ аст. Агар ҳарорат аз назорат берун равад, фирори гармӣ ба амал меояд, ки дар баъзе ҳолатҳо метавонад ба сӯхтани худсарона ё ҳатто таркиш оварда расонад.
Ҳисобҳои QSAR як усули моделсозии ҳисоббарорӣ ё математикӣ мебошанд, ки барои муайян кардани робитаҳои байни фаъолияти биологӣ ва хосиятҳои сохтории пайвастагиҳо истифода мешавад. Ҳамаи молекулаҳои тарҳрезишуда оптимизатсия карда шуданд ва баъзе хосиятҳои QSAR дар сатҳи PM6 ҳисоб карда шуданд. Дар Ҷадвали 3 баъзе аз тавсифҳои ҳисобшудаи QSAR номбар шудаанд. Намунаҳои чунин тавсифҳо заряд, TDM, энергияи умумӣ (E), потенсиали ионизатсия (IP), Log P ва поляризатсия мебошанд (барои формулаҳо барои муайян кардани IP ва Log P ба Ҷадвали 1 нигаред).
Натиҷаҳои ҳисобкунӣ нишон медиҳанд, ки заряди умумии ҳамаи сохторҳои омӯхташуда сифр аст, зеро онҳо дар ҳолати асосӣ қарор доранд. Барои эҳтимолияти таъсири мутақобилаи аввал, TDM-и глицерин барои 3PVA-(C10) 2Na Alg 2.788 Debye ва 6.840 Debye буд, дар ҳоле ки арзишҳои TDM ҳангоми таъсири мутақобилаи 3PVA-(C10) 2Na Alg бо 1, 2, 3, 4 ва 5 воҳиди глицерин мутаносибан ба 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye ва 12.779 Debye зиёд карда шуданд. Ҳар қадар арзиши TDM баландтар бошад, ҳамон қадар реактивии он бо муҳит баландтар аст.
Энергияи умумӣ (E) низ ҳисоб карда шуд ва арзишҳои E-и глицерин ва 3PVA-(C10)2 NaAlg мутаносибан -141.833 эВ ва -200092.503 эВ муайян карда шуданд. Дар айни замон, сохторҳое, ки 3PVA-(C10)2 NaAlg-ро намояндагӣ мекунанд, бо 1, 2, 3, 4 ва 5 воҳиди глицерин ҳамкорӣ мекунанд; E мутаносибан -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 ва -1548.031 эВ мешавад. Афзоиши миқдори глицерин боиси коҳиши энергияи умумӣ ва аз ин рӯ афзоиши реактивӣ мегардад. Дар асоси ҳисобкунии энергияи умумӣ, ба хулосае омаданд, ки молекулаи модел, ки 3PVA-2Na Alg-5 Gly аст, нисбат ба дигар молекулаҳои моделӣ реактивтар аст. Ин падида бо сохтори онҳо алоқаманд аст. 3PVA-(C10)2NaAlg танҳо ду гурӯҳи -COONa дорад, дар ҳоле ки сохторҳои дигар ду гурӯҳи -COONa доранд, аммо якчанд гурӯҳҳои OH доранд, ки ин маънои онро дорад, ки реаксияи онҳо нисбат ба муҳити зист афзоиш меёбад.
Илова бар ин, дар ин таҳқиқот энергияҳои ионизатсия (IE)-и ҳамаи сохторҳо ба назар гирифта шудаанд. Энергияи ионизатсия параметри муҳим барои чен кардани реактивияти модели омӯхташуда мебошад. Энергияе, ки барои интиқол додани электрон аз як нуқтаи молекула ба беохирӣ лозим аст, энергияи ионизатсия номида мешавад. Он дараҷаи ионизатсия (яъне реактивият)-и молекуларо ифода мекунад. Ҳар қадар энергияи ионизатсия баландтар бошад, реактивият ҳамон қадар пасттар аст. Натиҷаҳои IE-и таъсири мутақобилаи 3PVA-(C10)2NaAlg бо воҳидҳои 1, 2, 3, 4 ва 5 глицерол мутаносибан -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 ва -9.323 эВ буданд, дар ҳоле ки IE-ҳои глицерол ва 3PVA-(C10)2NaAlg мутаносибан -5.157 ва -9.341 эВ буданд. Азбаски илова кардани глицерин боиси коҳиши арзиши IP гардид, реаксияи молекулавӣ афзоиш ёфт, ки татбиқи молекулаи модели PVA/NaAlg/глицеринро дар дастгоҳҳои электрохимиявӣ беҳтар мекунад.
Тавсифи панҷум дар Ҷадвали 3 Log P аст, ки логарифми коэффитсиенти тақсимшавӣ аст ва барои тавсифи он, ки сохтори омӯхташаванда гидрофилӣ ё гидрофобӣ аст, истифода мешавад. Қимати манфии Log P молекулаи гидрофилиро нишон медиҳад, яъне он дар об ба осонӣ ҳал мешавад ва дар ҳалкунандаҳои органикӣ суст ҳал мешавад. Қимати мусбат раванди баръаксро нишон медиҳад.
Бар асоси натиҷаҳои бадастомада, метавон хулоса кард, ки ҳамаи сохторҳо гидрофилӣ мебошанд, зеро арзишҳои Log P-и онҳо (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly ва 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) мутаносибан -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 ва -8.504 мебошанд, дар ҳоле ки арзиши Log P-и глицерин танҳо -1.081 ва 3PVA-(C10)2Na Alg танҳо -3.100 аст. Ин маънои онро дорад, ки хосиятҳои сохтори омӯхташаванда бо ворид шудани молекулаҳои об ба сохтори он тағйир меёбанд.
Ниҳоят, қутбпазирии ҳамаи сохторҳо низ дар сатҳи PM6 бо истифода аз усули нимэмпирикӣ ҳисоб карда мешаванд. Қаблан қайд шуда буд, ки қутбпазирии аксари маводҳо аз омилҳои гуногун вобаста аст. Омили муҳимтарин ҳаҷми сохтори таҳқиқшаванда мебошад. Барои ҳамаи сохторҳое, ки намуди аввали таъсири мутақобилаи байни 3PVA ва 2NaAlg-ро дар бар мегиранд (таъсири мутақобила тавассути атоми карбони рақами 10 ба амал меояд), қутбпазирӣ бо илова кардани глицерин беҳтар карда мешавад. Қутбпазирӣ аз 29.690 Å то 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 ва 54.638 Å аз сабаби таъсири мутақобила бо воҳидҳои 1, 2, 3, 4 ва 5 глицерин меафзояд. Ҳамин тариқ, маълум шуд, ки молекулаи модел бо баландтарин қобилияти поляризатсия 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly мебошад, дар ҳоле ки молекулаи модел бо пасттарин қобилияти поляризатсия 3PVA-(C10)2NaAlg мебошад, ки 29.690 Å аст.
Арзёбии тавсифкунандагони QSAR нишон дод, ки сохторе, ки 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly-ро ифода мекунад, барои таъсири мутақобилаи аввалини пешниҳодшуда реактивтарин аст.
Барои ҳолати дуюми таъсири мутақобила байни тримери PVA ва димери NaAlg, натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки зарядҳои онҳо ба зарядҳои пешниҳодшуда дар бахши қаблӣ барои таъсири мутақобилаи аввал монанданд. Ҳамаи сохторҳо заряди электронии сифрӣ доранд, ки маънои онро дорад, ки ҳамаи онҳо дар ҳолати асосӣ қарор доранд.
Тавре ки дар Ҷадвали 4 нишон дода шудааст, арзишҳои TDM (дар сатҳи PM6 ҳисоб карда шудаанд)-и Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg аз 11.581 Debye то 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 ва 15.756 афзоиш ёфтанд, вақте ки Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg бо 1, 2, 3, 4, 5 ва 6 воҳиди глицерин реаксия кард. Аммо, энергияи умумӣ бо афзоиши шумораи воҳидҳои глицерин кам мешавад ва вақте ки Терминали 1 NaAlg − 3PVA- Mid 1 NaAlg бо шумораи муайяни воҳидҳои глицерин (аз 1 то 6) ҳамкорӣ мекунад, энергияи умумӣ мутаносибан − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 ва − 1637.432 эВ аст.
Барои эҳтимолияти таъсири мутақобилаи дуюм, IP, Log P ва поляризатсияшавандагӣ низ дар сатҳи назарияи PM6 ҳисоб карда мешаванд. Аз ин рӯ, онҳо се тавсифкунандаи пурқувваттарини реактивии молекулавиро баррасӣ карданд. Барои сохторҳое, ки End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-ро ифода мекунанд, ки бо 1, 2, 3, 4, 5 ва 6 воҳидҳои глицерол ҳамкорӣ мекунанд, IP аз −9.385 eV то −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 ва −8.900 eV меафзояд. Аммо, арзиши ҳисобшудаи Log P аз сабаби пластикизатсияи End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg бо глицерол пасттар буд. Ҳангоми афзоиши миқдори глицерин аз 1 то 6, арзишҳои он ба ҷои -3.643 ба -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 ва -10.53 табдил меёбанд. Ниҳоят, маълумоти поляризатсия нишон доданд, ки афзоиши миқдори глицерин боиси афзоиши поляризатсияи Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg гардид. Поляризатсияи молекулаи модели Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg пас аз таъсири мутақобила бо 6 воҳиди глицерин аз 31.703 Å то 63.198 Å афзоиш ёфт. Қайд кардан муҳим аст, ки афзоиши шумораи воҳидҳои глицерин дар эҳтимолияти таъсири мутақобилаи дуюм барои тасдиқи он анҷом дода мешавад, ки сарфи назар аз шумораи зиёди атомҳо ва сохтори мураккаб, самаранокӣ бо афзоиши миқдори глицерин беҳтар мешавад. Ҳамин тариқ, метавон гуфт, ки модели мавҷудаи PVA/Na Alg/глицерин метавонад қисман батареяҳои литий-ионро иваз кунад, аммо таҳқиқот ва таҳияи бештар лозим аст.
Тавсифи қобилияти пайвастшавии сатҳ ба адсорбат ва арзёбии таъсири мутақобилаи беназири байни системаҳо дониши намуди пайванди мавҷуда байни ҳарду атом, мураккабии таъсири мутақобилаи байнимолекулавӣ ва дохилимолекулавӣ ва тақсимоти зичии электронии сатҳ ва адсорбентро талаб мекунад. Зичии электрон дар нуқтаи интиқодии пайванд (BCP) байни атомҳои мутақобила барои арзёбии қувваи пайванд дар таҳлили QTAIM муҳим аст. Ҳар қадар зичии заряди электрон баландтар бошад, таъсири мутақобилаи ковалентӣ ҳамон қадар устувортар аст ва умуман, зичии электрон дар ин нуқтаҳои интиқодӣ ҳамон қадар баландтар аст. Ғайр аз ин, агар ҳам зичии умумии энергияи электрон (H(r)) ва ҳам зичии заряди Лаплас (∇2ρ(r)) аз 0 камтар бошанд, ин мавҷудияти таъсири мутақобилаи ковалентӣ (умумӣ)-ро нишон медиҳад. Аз тарафи дигар, вақте ки ∇2ρ(r) ва H(r) аз 0,54 зиёданд, ин мавҷудияти таъсири мутақобилаи ғайриковалентӣ (қабати пӯшида)-ро, ба монанди пайвандҳои заифи гидрогенӣ, қувваҳои ван дер Ваалс ва таъсири мутақобилаи электростатикӣ, нишон медиҳад. Таҳлили QTAIM хусусияти таъсири мутақобилаи ғайриковалентиро дар сохторҳои омӯхташуда, чунон ки дар расмҳои 7 ва 8 нишон дода шудааст, ошкор кард. Бар асоси таҳлил, молекулаҳои моделӣ, ки 3PVA − 2Na Alg ва Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg-ро намояндагӣ мекунанд, нисбат ба молекулаҳое, ки бо воҳидҳои гуногуни глицин ҳамкорӣ мекунанд, устувории баландтар нишон доданд. Ин аз он сабаб аст, ки як қатор таъсири мутақобилаи ғайриковалентӣ, ки дар сохтори алгинат бештар маъмуланд, ба монанди таъсири мутақобилаи электростатикӣ ва пайвандҳои гидрогенӣ, ба алгинат имкон медиҳанд, ки композитҳоро устувор кунад. Ғайр аз ин, натиҷаҳои мо аҳамияти таъсири мутақобилаи ғайриковалентиро байни молекулаҳои модели 3PVA − 2Na Alg ва Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg ва глицин нишон медиҳанд, ки нишон медиҳад, ки глицин дар тағир додани муҳити умумии электронии композитҳо нақши муҳим дорад.
Таҳлили QTAIM-и молекулаи модели 3PVA − 2NaAlg, ки бо (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly ва (f) 5Gly ҳамкорӣ мекунад.