Asante kwa kutembelea nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza kutumia toleo jipya la kivinjari (au kuzima hali ya utangamano katika Internet Explorer). Zaidi ya hayo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tovuti hii haitajumuisha mitindo au JavaScript.
Kutokana na rasilimali nyingi ya sodiamu, betri za sodiamu-ioni (NIBs) zinawakilisha suluhisho mbadala linaloahidi kwa ajili ya uhifadhi wa nishati ya kielektroniki. Hivi sasa, kikwazo kikuu katika maendeleo ya teknolojia ya NIB ni ukosefu wa vifaa vya elektrodi ambavyo vinaweza kuhifadhi/kutoa ioni za sodiamu kwa muda mrefu. Kwa hivyo, lengo la utafiti huu ni kuchunguza kinadharia athari ya nyongeza ya glycerol kwenye mchanganyiko wa polivinili (PVA) na alginate ya sodiamu (NaAlg) kama vifaa vya elektrodi vya NIB. Utafiti huu unazingatia maelezo ya kielektroniki, joto, na uhusiano wa muundo-shughuli (QSAR) wa elektroliti za polima kulingana na mchanganyiko wa PVA, alginate ya sodiamu, na gliseri. Sifa hizi zinachunguzwa kwa kutumia mbinu za nusu-empirical na nadharia ya utendaji kazi wa msongamano (DFT). Kwa kuwa uchambuzi wa kimuundo ulifunua maelezo ya mwingiliano kati ya PVA/alginate na gliseri, nishati ya pengo la bendi (Eg) ilichunguzwa. Matokeo yanaonyesha kuwa kuongezwa kwa gliserili husababisha kupungua kwa thamani ya Eg hadi 0.2814 eV. Uso wa uwezo wa kielektroniki wa molekuli (MESP) unaonyesha usambazaji wa maeneo yenye elektroni nyingi na maskini ya elektroni na chaji za molekuli katika mfumo mzima wa elektroliti. Vigezo vya joto vilivyosomwa ni pamoja na enthalpi (H), entropi (ΔS), uwezo wa joto (Cp), nishati isiyo na Gibbs (G) na joto la uundaji. Kwa kuongezea, maelezo kadhaa ya uhusiano wa muundo-shughuli wa kiasi (QSAR) kama vile jumla ya muda wa dipoli (TDM), jumla ya nishati (E), uwezo wa ioni (IP), Log P na polarizability yalichunguzwa katika utafiti huu. Matokeo yalionyesha kuwa H, ΔS, Cp, G na TDM ziliongezeka kadri halijoto na kiwango cha glycerol kinavyoongezeka. Wakati huo huo, joto la uundaji, IP na E lilipungua, jambo ambalo liliboresha reactivity na polarizability. Kwa kuongezea, kwa kuongeza glycerol, volteji ya seli iliongezeka hadi 2.488 V. Mahesabu ya DFT na PM6 kulingana na elektroliti zenye msingi wa PVA/Na Alg glycerol zenye gharama nafuu zinaonyesha kuwa zinaweza kuchukua nafasi ya betri za lithiamu-ioni kwa sehemu kutokana na utendaji kazi wao mwingi, lakini maboresho na utafiti zaidi unahitajika.
Ingawa betri za lithiamu-ion (LIBs) zinatumika sana, matumizi yake yanakabiliwa na mapungufu mengi kutokana na maisha yao mafupi ya mzunguko, gharama kubwa, na wasiwasi wa usalama. Betri za sodiamu-ion (SIBs) zinaweza kuwa mbadala unaofaa kwa LIBs kutokana na upatikanaji wao mpana, gharama ya chini, na kutokuwa na sumu kwa kipengele cha sodiamu. Betri za sodiamu-ion (SIBs) zinazidi kuwa mfumo muhimu wa kuhifadhi nishati kwa vifaa vya elektroniki1. Betri za sodiamu-ion hutegemea sana elektroliti ili kurahisisha usafirishaji wa ioni na kutoa mkondo wa umeme2,3. Elektroliti za kioevu zinaundwa zaidi na chumvi za chuma na miyeyusho ya kikaboni. Matumizi ya vitendo yanahitaji kuzingatia kwa makini usalama wa elektroliti za kioevu, haswa wakati betri inakabiliwa na mkazo wa joto au umeme4.
Betri za sodiamu-ion (SIBs) zinatarajiwa kuchukua nafasi ya betri za lithiamu-ion katika siku za usoni kutokana na akiba zao nyingi za bahari, kutokuwa na sumu, na gharama ndogo ya nyenzo. Usanisi wa nanomaterials umeharakisha maendeleo ya uhifadhi wa data, vifaa vya kielektroniki, na macho. Machapisho mengi yameonyesha matumizi ya miundo mbalimbali midogo (km, oksidi za chuma, graphene, nanotubes, na fullerenes) katika betri za sodiamu-ion. Utafiti umezingatia maendeleo ya vifaa vya anodi, ikiwa ni pamoja na polima, kwa betri za sodiamu-ion kutokana na uhodari wao na urafiki wa mazingira. Nia ya utafiti katika uwanja wa betri za polima zinazoweza kuchajiwa bila shaka itaongezeka. Vifaa vipya vya elektrodi za polima vyenye miundo na sifa za kipekee vinaweza kufungua njia kwa teknolojia za uhifadhi wa nishati rafiki kwa mazingira. Ingawa vifaa mbalimbali vya elektrodi za polima vimechunguzwa kwa matumizi katika betri za sodiamu-ion, uwanja huu bado uko katika hatua zake za mwanzo za maendeleo. Kwa betri za sodiamu-ion, vifaa zaidi vya polima vyenye usanidi tofauti wa kimuundo vinahitaji kuchunguzwa. Kulingana na ujuzi wetu wa sasa kuhusu utaratibu wa kuhifadhi ioni za sodiamu katika vifaa vya elektrodi za polima, inaweza kudhaniwa kwamba vikundi vya kabonili, radicals huru, na heteroatomu katika mfumo uliounganishwa vinaweza kutumika kama maeneo hai ya mwingiliano na ioni za sodiamu. Kwa hivyo, ni muhimu kutengeneza polima mpya zenye msongamano mkubwa wa maeneo haya hai. Elektroliti ya polima ya jeli (GPE) ni teknolojia mbadala inayoboresha uaminifu wa betri, upitishaji wa ioni, kutovuja, kunyumbulika kwa juu, na utendaji mzuri12.
Matriki ya polima hujumuisha vifaa kama vile PVA na oksidi ya polyethilini (PEO)13. Polima inayopitisha jeli (GPE) huzuia elektroliti ya kioevu kwenye matrix ya polima, ambayo hupunguza hatari ya kuvuja ikilinganishwa na vitenganishi vya kibiashara14. PVA ni polima inayooza ya sintetiki. Ina uimara wa juu, haina bei ghali na haina sumu. Nyenzo hii inajulikana kwa sifa zake za kutengeneza filamu, uthabiti wa kemikali na mshikamano. Pia ina vikundi vya utendaji kazi (OH) na msongamano mkubwa wa uwezo wa kuunganisha15,16,17. Mbinu za kuchanganya polima, nyongeza ya plasticizer, nyongeza ya mchanganyiko na upolimishaji wa ndani zimetumika kuboresha upitishaji wa elektroliti za polima zenye msingi wa PVA ili kupunguza fuwele ya matrix na kuongeza unyumbufu wa mnyororo18,19,20.
Kuchanganya ni njia muhimu ya kutengeneza vifaa vya polima kwa matumizi ya viwandani. Mchanganyiko wa polima mara nyingi hutumika: (1) kuboresha sifa za usindikaji wa polima asilia katika matumizi ya viwandani; (2) kuboresha sifa za kemikali, kimwili, na kiufundi za vifaa vinavyooza; na (3) kuzoea mahitaji yanayobadilika haraka ya vifaa vipya katika tasnia ya vifungashio vya chakula. Tofauti na upolimishaji, mchanganyiko wa polima ni mchakato wa gharama nafuu ambao hutumia michakato rahisi ya kimwili badala ya michakato tata ya kemikali ili kufikia sifa zinazohitajika21. Ili kuunda homopolimia, polima tofauti zinaweza kuingiliana kupitia nguvu za dipole-dipole, vifungo vya hidrojeni, au tata za uhamishaji wa chaji22,23. Mchanganyiko uliotengenezwa kutoka kwa polima asilia na sintetiki unaweza kuchanganya utangamano mzuri wa kibiolojia na sifa bora za kiufundi, na kuunda nyenzo bora kwa gharama ya chini ya uzalishaji24,25. Kwa hivyo, kumekuwa na shauku kubwa katika kuunda vifaa vya polima vinavyohusiana na kibiolojia kwa kuchanganya polima sintetiki na asilia. PVA inaweza kuunganishwa na alginate ya sodiamu (NaAlg), selulosi, chitosan na wanga26.
Alginate ya sodiamu ni polima asilia na polisakaraidi ya anioniki inayotolewa kutoka kwa mwani wa kahawia wa baharini. Alginate ya sodiamu ina asidi ya D-mannuronic (M) iliyounganishwa na β-(1-4) na asidi ya L-guluronic (G) iliyounganishwa na α-(1-4) iliyopangwa katika umbo la homopolymeric (poli-M na poli-G) na vitalu vya heteropolymeric (MG au GM)27. Kiwango na uwiano wa uwiano wa vitalu vya M na G vina athari kubwa kwenye sifa za kemikali na kimwili za alginate28,29. Alginate ya sodiamu hutumiwa sana na kusomwa kutokana na ubovu wake wa kibiolojia, utangamano wa kibiolojia, gharama ya chini, sifa nzuri za kutengeneza filamu, na kutokuwa na sumu. Hata hivyo, idadi kubwa ya vikundi vya hidroksili huru (OH) na kaboksilati (COO) katika mnyororo wa alginate hufanya alginate kuwa na hidroksili nyingi. Hata hivyo, alginate ina sifa duni za kiufundi kutokana na udhaifu na ugumu wake. Kwa hivyo, alginate inaweza kuunganishwa na vifaa vingine vya sintetiki ili kuboresha unyeti wa maji na sifa za kiufundi30,31.
Kabla ya kubuni vifaa vipya vya elektrodi, hesabu za DFT mara nyingi hutumika kutathmini uwezekano wa utengenezaji wa vifaa vipya. Zaidi ya hayo, wanasayansi hutumia uundaji wa modeli za molekuli kuthibitisha na kutabiri matokeo ya majaribio, kuokoa muda, kupunguza upotevu wa kemikali, na kutabiri tabia ya mwingiliano32. Uundaji wa modeli za molekuli umekuwa tawi lenye nguvu na muhimu la sayansi katika nyanja nyingi, ikiwa ni pamoja na sayansi ya vifaa, nanomaterials, kemia ya kompyuta, na ugunduzi wa dawa33,34. Kwa kutumia programu za uundaji wa modeli, wanasayansi wanaweza kupata data ya molekuli moja kwa moja, ikiwa ni pamoja na nishati (joto la uundaji, uwezo wa ioni, nishati ya uanzishaji, n.k.) na jiometri (pembe za dhamana, urefu wa dhamana, na pembe za msokoto)35. Zaidi ya hayo, sifa za kielektroniki (chaji, nishati ya pengo la bendi ya HOMO na LUMO, mshikamano wa elektroni), sifa za spektrali (hali za mtetemo na nguvu kama vile spektra za FTIR), na sifa za wingi (kiasi, uenezaji, mnato, modulus, n.k.)36 zinaweza kuhesabiwa.
LiNiPO4 inaonyesha faida zinazowezekana katika kushindana na vifaa vya elektrodi chanya ya betri ya lithiamu-ion kutokana na msongamano wake mkubwa wa nishati (volteji ya kufanya kazi ya takriban 5.1 V). Ili kutumia kikamilifu faida ya LiNiPO4 katika eneo la volteji ya juu, volteji ya kufanya kazi inahitaji kupunguzwa kwa sababu elektroliti ya volteji ya juu iliyotengenezwa kwa sasa inaweza kubaki imara kiasi tu kwenye volteji zilizo chini ya 4.8 V. Zhang na wenzake walichunguza upigaji dozi wa metali zote za mpito za 3d, 4d, na 5d katika eneo la Ni la LiNiPO4, walichagua mifumo ya upigaji dozi yenye utendaji bora wa kielektroniki, na kurekebisha volteji ya kufanya kazi ya LiNiPO4 huku wakidumisha utulivu wa utendaji wake wa kielektroniki. Volteji za chini kabisa za kufanya kazi walizopata zilikuwa 4.21, 3.76, na 3.5037 kwa Ti, Nb, na Ta-doped LiNiPO4, mtawalia.
Kwa hivyo, lengo la utafiti huu ni kuchunguza kinadharia athari ya gliseri kama plasticizer kwenye sifa za kielektroniki, maelezo ya QSAR na sifa za joto za mfumo wa PVA/NaAlg kwa kutumia hesabu za quantum mechanical kwa matumizi yake katika betri za ioni-ion zinazoweza kuchajiwa tena. Mwingiliano wa molekuli kati ya modeli ya PVA/NaAlg na gliseri ulichambuliwa kwa kutumia nadharia ya atomiki ya Bader ya quantum ya molekuli (QTAIM).
Mfano wa molekuli unaowakilisha mwingiliano wa PVA na NaAlg na kisha na glycerol uliboreshwa kwa kutumia DFT. Mfano huo ulihesabiwa kwa kutumia programu ya Gaussian 0938 katika Idara ya Spectroscopy, Kituo cha Utafiti cha Kitaifa, Cairo, Misri. Mifano hiyo iliboreshwa kwa kutumia DFT katika kiwango cha B3LYP/6-311G(d, p)39,40,41,42. Ili kuthibitisha mwingiliano kati ya mifano iliyosomwa, tafiti za masafa zilizofanywa katika kiwango sawa cha nadharia zinaonyesha uthabiti wa jiometri iliyoboreshwa. Kutokuwepo kwa masafa hasi miongoni mwa masafa yote yaliyotathminiwa kuangazia muundo uliokadiriwa katika kiwango cha chini chanya cha kweli kwenye uso wa nishati unaowezekana. Vigezo vya kimwili kama vile TDM, nishati ya pengo la bendi ya HOMO/LUMO na MESP vilihesabiwa katika kiwango sawa cha nadharia ya quantum mechanic. Kwa kuongezea, baadhi ya vigezo vya joto kama vile joto la mwisho la uundaji, nishati huru, entropi, enthalpi na uwezo wa joto vilihesabiwa kwa kutumia fomula zilizotolewa katika Jedwali la 1. Mifumo iliyosomwa ilifanyiwa uchambuzi wa nadharia ya kiasi cha atomi katika molekuli (QTAIM) ili kubaini mwingiliano unaotokea kwenye uso wa miundo iliyosomwa. Mahesabu haya yalifanywa kwa kutumia amri ya "output=wfn" katika msimbo wa programu wa Gaussian 09 na kisha kuonyeshwa kwa kutumia msimbo wa programu wa Avogadro43.
Ambapo E ni nishati ya ndani, P ni shinikizo, V ni ujazo, Q ni ubadilishanaji wa joto kati ya mfumo na mazingira yake, T ni halijoto, ΔH ni mabadiliko ya enthalpy, ΔG ni mabadiliko ya nishati huru, ΔS ni mabadiliko ya entropy, a na b ni vigezo vya mtetemo, q ni chaji ya atomiki, na C ni msongamano wa elektroni ya atomiki44,45. Hatimaye, miundo hiyo hiyo iliboreshwa na vigezo vya QSAR vilihesabiwa katika kiwango cha PM6 kwa kutumia msimbo wa programu ya SCIGRESS46 katika Idara ya Spectroscopy ya Kituo cha Kitaifa cha Utafiti huko Cairo, Misri.
Katika kazi yetu ya awali47, tulitathmini modeli inayowezekana zaidi inayoelezea mwingiliano wa vitengo vitatu vya PVA na vitengo viwili vya NaAlg, huku glycerol ikitenda kama plasticizer. Kama ilivyotajwa hapo juu, kuna uwezekano mbili wa mwingiliano wa PVA na NaAlg. Mifumo hiyo miwili, iliyoteuliwa 3PVA-2Na Alg (kulingana na nambari ya kaboni 10) na Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, ina thamani ndogo zaidi ya pengo la nishati48 ikilinganishwa na miundo mingine inayozingatiwa. Kwa hivyo, athari ya nyongeza ya Gly kwenye modeli inayowezekana zaidi ya polima ya mchanganyiko wa PVA/Na Alg ilichunguzwa kwa kutumia miundo miwili ya mwisho: 3PVA-(C10)2Na Alg (inayojulikana kama 3PVA-2Na Alg kwa urahisi) na Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Kulingana na fasihi, PVA, NaAlg na glycerol zinaweza kuunda vifungo dhaifu vya hidrojeni kati ya vikundi vya utendaji kazi vya hidroksili. Kwa kuwa trimer ya PVA na NaAlg na dimer ya glycerol zina vikundi kadhaa vya OH, mgusano unaweza kufikiwa kupitia moja ya vikundi vya OH. Mchoro 1 unaonyesha mwingiliano kati ya molekuli ya glycerol ya modeli na molekuli ya modeli 3PVA-2Na Alg, na Mchoro 2 unaonyesha modeli iliyojengwa ya mwingiliano kati ya molekuli ya modeli Muhula 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg na viwango tofauti vya glycerol.
Miundo iliyoboreshwa: (a) Gly na 3PVA − 2Na Alg huingiliana na (b) Gly 1, (c) Gly 2, (d) Gly 3, (e) Gly 4, na (f) Gly 5.
Miundo iliyoboreshwa ya Term 1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg inayoingiliana na (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, na (f) 6 Gly.
Nishati ya pengo la bendi ya elektroni ni kigezo muhimu cha kuzingatia wakati wa kusoma mmenyuko wa nyenzo yoyote ya elektrodi. Kwa sababu inaelezea tabia ya elektroni wakati nyenzo inapofanyiwa mabadiliko ya nje. Kwa hivyo, ni muhimu kukadiria nguvu za pengo la bendi ya elektroni za HOMO/LUMO kwa miundo yote iliyosomwa. Jedwali la 2 linaonyesha mabadiliko katika nguvu za HOMO/LUMO za 3PVA-(C10)2Na Alg na Term 1Na Alg - 3PVA- Mid 1Na Alg kutokana na kuongezwa kwa glycerol. Kulingana na ref47, thamani ya Eg ya 3PVA-(C10)2Na Alg ni 0.2908 eV, huku thamani ya Eg ya muundo ikionyesha uwezekano wa mwingiliano wa pili (yaani, Term 1Na Alg - 3PVA- Mid 1Na Alg) ni 0.5706 eV.
Hata hivyo, ilibainika kuwa kuongezwa kwa glycerol kulisababisha mabadiliko kidogo katika thamani ya Eg ya 3PVA-(C10)2Na Alg. Wakati 3PVA-(C10)2NaAlg ilipoingiliana na vitengo vya glycerol 1, 2, 3, 4 na 5, thamani zake za Eg zilikuwa 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 na 0.281 eV, mtawalia. Hata hivyo, kuna ufahamu muhimu kwamba baada ya kuongeza vitengo 3 vya glycerol, thamani ya Eg ikawa ndogo kuliko ile ya 3PVA-(C10)2Na Alg. Mfano unaowakilisha mwingiliano wa 3PVA-(C10)2Na Alg na vitengo vitano vya glycerol ndio mfumo unaowezekana zaidi wa mwingiliano. Hii ina maana kwamba kadri idadi ya vitengo vya glycerol inavyoongezeka, uwezekano wa mwingiliano pia huongezeka.
Wakati huo huo, kwa uwezekano wa pili wa mwingiliano, nishati za HOMO/LUMO za molekuli za modeli zinazowakilisha Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-1Gly, Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-2Gly, Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-3Gly, Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-4Gly, Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-5Gly na Muhula 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg-6Gly huwa 1.343, 1.34 7, 0.976, 0.607, 0.348 na 0.496 eV, mtawalia. Jedwali la 2 linaonyesha nguvu za pengo la bendi ya HOMO/LUMO zilizohesabiwa kwa miundo yote. Zaidi ya hayo, tabia ile ile ya uwezekano wa mwingiliano wa kundi la kwanza inarudiwa hapa.
Nadharia ya bendi katika fizikia ya hali ngumu inasema kwamba kadri pengo la bendi la nyenzo ya elektrodi linavyopungua, upitishaji umeme wa nyenzo huongezeka. Kutumia doping ni njia ya kawaida ya kupunguza pengo la bendi la nyenzo za kathodi ya sodiamu-ion. Jiang na wenzake walitumia doping ya Cu ili kuboresha upitishaji umeme wa nyenzo zenye tabaka za β-NaMnO2. Kwa kutumia hesabu za DFT, waligundua kuwa kutumia doping kulipunguza pengo la bendi la nyenzo kutoka 0.7 eV hadi 0.3 eV. Hii inaonyesha kwamba kutumia doping ya Cu kunaboresha upitishaji umeme wa nyenzo za β-NaMnO2.
MESP hufafanuliwa kama nishati ya mwingiliano kati ya usambazaji wa chaji ya molekuli na chaji moja chanya. MESP inachukuliwa kuwa zana bora ya kuelewa na kutafsiri sifa za kemikali na mvuto. MESP inaweza kutumika kuelewa mifumo ya mwingiliano kati ya nyenzo za polima. MESP inaelezea usambazaji wa chaji ndani ya kiwanja kinachosomwa. Kwa kuongezea, MESP hutoa taarifa kuhusu maeneo amilifu katika nyenzo zinazosomwa32. Mchoro 3 unaonyesha michoro ya MESP ya 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, na 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly iliyotabiriwa katika kiwango cha nadharia cha B3LYP/6-311G(d, p).
Mitaro ya MESP iliyohesabiwa kwa kutumia B3LYP/6-311 g(d, p) kwa (a) Gly na 3PVA − 2Na Alg inayoingiliana na (b) Gly 1, (c) Gly 2, (d) Gly 3, (e) Gly 4, na (f) Gly 5.
Wakati huo huo, Mchoro 4 unaonyesha matokeo yaliyohesabiwa ya MESP kwa Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg, Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-1Gly, Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg − 2Gly, Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg − 4Gly, Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-5gly na Muhula wa 1Na Alg-3PVA – Katikati ya 1Na Alg-6Gly, mtawalia. MESP iliyohesabiwa inawakilishwa kama tabia ya kontua. Mistari ya kontua inawakilishwa na rangi tofauti. Kila rangi inawakilisha thamani tofauti ya upendeleo wa kielektroniki. Rangi nyekundu inaonyesha maeneo yenye hasi ya kielektroniki au tendaji. Wakati huo huo, rangi ya njano inawakilisha maeneo yasiyo na upande wowote 49, 50, 51 katika muundo. Matokeo ya MESP yalionyesha kuwa mmenyuko wa 3PVA-(C10)2Na Alg uliongezeka kadri rangi nyekundu inavyoongezeka kuzunguka modeli zilizosomwa. Wakati huo huo, kiwango cha rangi nyekundu katika ramani ya MESP ya molekuli ya modeli ya Term 1Na Alg-3PVA - Mid 1Na Alg hupungua kutokana na mwingiliano na kiwango tofauti cha gliserili. Mabadiliko katika usambazaji wa rangi nyekundu kuzunguka muundo uliopendekezwa yanaonyesha mmenyuko, huku ongezeko la kiwango likithibitisha ongezeko la uenegativiti wa molekuli ya modeli ya 3PVA-(C10)2Na Alg kutokana na ongezeko la kiwango cha gliserili.
B3LYP/6-311 g(d, p) iliyohesabiwa MESP Muda wa 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg inayoingiliana na (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, na (f) 6 Gly.
Miundo yote iliyopendekezwa ina vigezo vyake vya joto kama vile enthalpy, entropy, uwezo wa joto, nishati huru na joto la uundaji lililohesabiwa katika halijoto tofauti katika kiwango cha kuanzia 200 K hadi 500 K. Ili kuelezea tabia ya mifumo ya kimwili, pamoja na kusoma tabia zao za kielektroniki, ni muhimu pia kusoma tabia zao za joto kama kipengele cha halijoto kutokana na mwingiliano wao na kila mmoja, ambao unaweza kuhesabiwa kwa kutumia milinganyo iliyotolewa katika Jedwali la 1. Utafiti wa vigezo hivi vya joto unachukuliwa kuwa kiashiria muhimu cha mwitikio na uthabiti wa mifumo hiyo ya kimwili katika halijoto tofauti.
Kuhusu enthalpi ya kipima joto cha PVA, kwanza humenyuka na kipima joto cha NaAlg, kisha kupitia kundi la OH lililounganishwa na atomi ya kaboni #10, na hatimaye na glycerol. Enthalpi ni kipimo cha nishati katika mfumo wa thermodynamic. Enthalpi ni sawa na jumla ya joto katika mfumo, ambayo ni sawa na nishati ya ndani ya mfumo pamoja na matokeo ya ujazo na shinikizo lake. Kwa maneno mengine, enthalpi inaonyesha ni kiasi gani cha joto na kazi kinachoongezwa au kuondolewa kutoka kwa dutu52.
Mchoro 5 unaonyesha mabadiliko ya enthalpi wakati wa mmenyuko wa 3PVA-(C10)2Na Alg yenye viwango tofauti vya gliserili. Vifupisho A0, A1, A2, A3, A4, na A5 vinawakilisha molekuli za mfano 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, na 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, mtawalia. Mchoro 5a unaonyesha kuwa enthalpi huongezeka kadri halijoto inavyoongezeka na kiwango cha gliserili kinavyoongezeka. Enthalpi ya muundo unaowakilisha 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (yaani, A5) katika 200 K ni 27.966 cal/mol, huku enthalpi ya muundo unaowakilisha 3PVA-2NaAlg katika 200 K ni 13.490 cal/mol. Hatimaye, kwa kuwa enthalpi ni chanya, mmenyuko huu ni wa endothermiki.
Entropy hufafanuliwa kama kipimo cha nishati isiyopatikana katika mfumo wa thermodynamic uliofungwa na mara nyingi huchukuliwa kama kipimo cha machafuko ya mfumo. Mchoro 5b unaonyesha mabadiliko katika entropy ya 3PVA-(C10)2NaAlg na halijoto na jinsi inavyoingiliana na vitengo tofauti vya glycerol. Grafu inaonyesha kwamba entropy hubadilika kwa mstari kadri halijoto inavyoongezeka kutoka 200 K hadi 500 K. Mchoro 5b unaonyesha wazi kwamba entropy ya modeli ya 3PVA-(C10)2Na Alg huwa na 200 cal/K/mol kwa 200 K kwa sababu modeli ya 3PVA-(C10)2Na Alg inaonyesha machafuko kidogo ya kimiani. Kadri halijoto inavyoongezeka, modeli ya 3PVA-(C10)2Na Alg inakuwa na machafuko na inaelezea ongezeko la entropy na halijoto inayoongezeka. Zaidi ya hayo, ni dhahiri kwamba muundo wa 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly una thamani ya juu zaidi ya entropy.
Tabia hiyo hiyo inazingatiwa katika Mchoro 5c, ambayo inaonyesha mabadiliko katika uwezo wa joto kulingana na halijoto. Uwezo wa joto ni kiasi cha joto kinachohitajika ili kubadilisha halijoto ya kiasi fulani cha dutu kwa 1 °C47. Mchoro 5c unaonyesha mabadiliko katika uwezo wa joto wa molekuli ya modeli 3PVA-(C10)2NaAlg kutokana na mwingiliano na vitengo vya gliserili 1, 2, 3, 4, na 5. Mchoro unaonyesha kwamba uwezo wa joto wa modeli 3PVA-(C10)2NaAlg huongezeka kwa mstari kulingana na halijoto. Ongezeko linaloonekana la uwezo wa joto kulingana na halijoto inayoongezeka linahusishwa na mitetemo ya joto ya phononi. Kwa kuongezea, kuna ushahidi kwamba kuongeza kiwango cha gliserili husababisha ongezeko la uwezo wa joto wa modeli 3PVA-(C10)2NaAlg. Zaidi ya hayo, muundo unaonyesha kwamba 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ina thamani ya juu zaidi ya uwezo wa joto ikilinganishwa na miundo mingine.
Vigezo vingine kama vile nishati huru na joto la mwisho la uundaji vilihesabiwa kwa miundo iliyosomwa na vinaonyeshwa katika Mchoro 5d na e, mtawalia. Joto la mwisho la uundaji ni joto linalotolewa au kufyonzwa wakati wa uundaji wa dutu safi kutoka kwa vipengele vyake chini ya shinikizo la mara kwa mara. Nishati huru inaweza kufafanuliwa kama sifa sawa na nishati, yaani, thamani yake inategemea kiasi cha dutu katika kila hali ya thermodynamic. Nishati huru na joto la uundaji wa 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly vilikuwa vya chini kabisa na vilikuwa -1318.338 na -1628.154 kcal/mol, mtawalia. Kwa upande mwingine, muundo unaowakilisha 3PVA-(C10)2NaAlg una thamani kubwa zaidi za nishati huru na joto la uundaji wa -690.340 na -830.673 kcal/mol, mtawalia, ikilinganishwa na miundo mingine. Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 5, sifa mbalimbali za joto hubadilika kutokana na mwingiliano na glycerol. Nishati huru ya Gibbs ni hasi, ikionyesha kwamba muundo uliopendekezwa ni thabiti.
PM6 ilihesabu vigezo vya joto vya 3PVA- (C10) 2Na Alg (modeli A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (modeli A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (modeli A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (modeli A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (modeli A4), na 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (modeli A5), ambapo (a) ni enthalpy, (b) entropy, (c) uwezo wa joto, (d) nishati huru, na (e) joto la uundaji.
Kwa upande mwingine, hali ya mwingiliano wa pili kati ya kipima joto cha PVA na NaAlg ya dimeriki hutokea katika vikundi vya OH vya mwisho na vya kati katika muundo wa kipima joto cha PVA. Kama ilivyo katika kundi la kwanza, vigezo vya joto vilihesabiwa kwa kutumia kiwango sawa cha nadharia. Mchoro 6a-e unaonyesha tofauti za enthalpy, entropy, uwezo wa joto, nishati huru na, hatimaye, joto la uundaji. Mchoro 6a-c unaonyesha kuwa uwezo wa enthalpy, entropy na joto wa Muhula wa 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg unaonyesha tabia sawa na kundi la kwanza linapoingiliana na vitengo vya gliserili 1, 2, 3, 4, 5 na 6. Zaidi ya hayo, thamani zao huongezeka polepole kadri halijoto inavyoongezeka. Kwa kuongezea, katika modeli iliyopendekezwa ya Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg, thamani za uwezo wa enthalpy, entropy na joto ziliongezeka kadri kiwango cha gliserili kinavyoongezeka. Vifupisho B0, B1, B2, B3, B4, B5 na B6 vinawakilisha miundo ifuatayo mtawalia: Muhula 1 Na Alg − 3PVA- Katikati 1 Na Alg, Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 1 Gly, Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 2gly, Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 3gly, Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 4 Gly, Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 5 Gly na Muhula 1 Na Alg- 3PVA- Katikati 1 Na Alg − 6 Gly. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 6a–c, ni dhahiri kwamba thamani za enthalpi, entropi na uwezo wa joto huongezeka kadri idadi ya vitengo vya gliserili inavyoongezeka kutoka 1 hadi 6.
PM6 ilihesabu vigezo vya joto vya Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg (modeli B0), Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 1 Gly (modeli B1), Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 2 Gly (modeli B2), Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 3 Gly (modeli B3), Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 4 Gly (modeli B4), Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 5 Gly (modeli B5), na Muhula 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg – 6 Gly (modeli B6), ikijumuisha (a) enthalpy, (b) entropy, (c) uwezo wa joto, (d) nishati huru, na (e) joto la uundaji.
Kwa kuongezea, muundo unaowakilisha Muhula wa 1 Na Alg-3PVA- Katikati ya 1 Na Alg-6 Gly una thamani kubwa zaidi za enthalpy, entropy na uwezo wa joto ikilinganishwa na miundo mingine. Miongoni mwao, thamani zao ziliongezeka kutoka 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K na 131.323 kcal/mol katika Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA- Katikati ya 1 Na Alg hadi 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K na 275.923 kcal/mol katika Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA- Katikati ya 1 Na Alg − 6 Gly, mtawalia.
Hata hivyo, Mchoro 6d na e zinaonyesha utegemezi wa halijoto wa nishati huru na joto la mwisho la uundaji (HF). HF inaweza kufafanuliwa kama mabadiliko ya enthalpy yanayotokea wakati mole moja ya dutu huundwa kutoka kwa elementi zake chini ya hali ya asili na ya kawaida. Ni dhahiri kutoka kwa mchoro kwamba nishati huru na joto la mwisho la uundaji wa miundo yote iliyosomwa inaonyesha utegemezi wa mstari kwenye halijoto, yaani, huongezeka polepole na kwa mstari kadri halijoto inavyoongezeka. Kwa kuongezea, mchoro pia ulithibitisha kwamba muundo unaowakilisha Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA- Katikati ya 1 Na Alg − 6 Gly una nishati huru ya chini kabisa na HF ya chini kabisa. Vigezo vyote viwili vilipungua kutoka -758.337 hadi -899.741 K cal/mol katika muhula wa 1 Na Alg − 3PVA- Katikati ya 1 Na Alg − 6 Gly hadi -1,476.591 na -1,828.523 K cal/mol. Ni dhahiri kutokana na matokeo kwamba HF hupungua kadri vitengo vya gliserini vinavyoongezeka. Hii ina maana kwamba kutokana na ongezeko la vikundi vya utendaji kazi, mmenyuko pia huongezeka na hivyo nishati kidogo inahitajika kutekeleza mmenyuko. Hii inathibitisha kwamba PVA/NaAlg iliyotengenezwa kwa plastiki inaweza kutumika katika betri kutokana na mmenyuko wake mkubwa.
Kwa ujumla, athari za halijoto zimegawanywa katika aina mbili: athari za halijoto ya chini na athari za halijoto ya juu. Athari za halijoto ya chini huhisiwa zaidi katika nchi zilizo katika latitudo za juu, kama vile Greenland, Kanada, na Urusi. Wakati wa baridi, halijoto ya hewa ya nje katika maeneo haya iko chini ya nyuzi joto sifuri Selsiasi. Muda wa maisha na utendaji wa betri za lithiamu-ion unaweza kuathiriwa na halijoto ya chini, hasa zile zinazotumika katika magari ya umeme mseto ya kuziba, magari safi ya umeme, na magari ya umeme mseto. Usafiri wa angani ni mazingira mengine ya baridi ambayo yanahitaji betri za lithiamu-ion. Kwa mfano, halijoto kwenye Mirihi inaweza kushuka hadi nyuzi joto -120 Selsiasi, ambayo huweka kikwazo kikubwa kwa matumizi ya betri za lithiamu-ion katika vyombo vya anga. Halijoto ya chini ya uendeshaji inaweza kusababisha kupungua kwa kiwango cha uhamishaji wa chaji na shughuli ya mmenyuko wa kemikali ya betri za lithiamu-ion, na kusababisha kupungua kwa kiwango cha uenezaji wa ioni za lithiamu ndani ya elektrodi na upitishaji wa ioni katika elektroliti. Uharibifu huu husababisha kupungua kwa uwezo wa nishati na nguvu, na wakati mwingine hata kupungua kwa utendaji53.
Athari ya halijoto ya juu hutokea katika mazingira mbalimbali ya matumizi, ikiwa ni pamoja na mazingira ya halijoto ya juu na ya chini, huku athari ya halijoto ya chini ikipunguzwa kwa kiasi kikubwa katika mazingira ya matumizi ya halijoto ya chini. Athari ya halijoto ya chini huamuliwa kimsingi na halijoto ya mazingira, huku athari ya halijoto ya juu kwa kawaida huhusishwa kwa usahihi zaidi na halijoto ya juu ndani ya betri ya lithiamu-ion wakati wa operesheni.
Betri za Lithiamu-ion hutoa joto chini ya hali ya juu ya mkondo (ikiwa ni pamoja na kuchaji haraka na kutoa chaji haraka), ambayo husababisha halijoto ya ndani kuongezeka. Kuathiriwa na halijoto ya juu kunaweza pia kusababisha uharibifu wa utendaji wa betri, ikiwa ni pamoja na kupoteza uwezo na nguvu. Kwa kawaida, kupotea kwa lithiamu na urejeshaji wa vifaa vinavyofanya kazi katika halijoto ya juu husababisha kupotea kwa uwezo, na upotevu wa nguvu hutokana na ongezeko la upinzani wa ndani. Ikiwa halijoto itatoka nje ya udhibiti, kutoweka kwa joto hutokea, ambayo katika baadhi ya matukio inaweza kusababisha mwako wa ghafla au hata mlipuko.
Hesabu za QSAR ni mbinu ya kihesabu au kihesabu inayotumika kutambua uhusiano kati ya shughuli za kibiolojia na sifa za kimuundo za misombo. Molekuli zote zilizoundwa ziliboreshwa na baadhi ya sifa za QSAR zilihesabiwa katika kiwango cha PM6. Jedwali la 3 linaorodhesha baadhi ya maelezo ya QSAR yaliyohesabiwa. Mifano ya maelezo kama hayo ni chaji, TDM, nishati jumla (E), uwezo wa ioni (IP), Logi P, na upolarizability (tazama Jedwali la 1 kwa fomula za kubaini IP na Logi P).
Matokeo ya hesabu yanaonyesha kwamba jumla ya chaji ya miundo yote iliyosomwa ni sifuri kwa kuwa iko katika hali ya ardhi. Kwa uwezekano wa kwanza wa mwingiliano, TDM ya glycerol ilikuwa 2.788 Debye na 6.840 Debye kwa 3PVA-(C10) 2Na Alg, huku thamani za TDM ziliongezwa hadi 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye na 12.779 Debye wakati 3PVA-(C10) 2Na Alg iliingiliana na vitengo 1, 2, 3, 4 na 5 vya glycerol, mtawalia. Kadiri thamani ya TDM inavyokuwa juu, ndivyo inavyofanya kazi zaidi na mazingira.
Jumla ya nishati (E) pia ilihesabiwa, na thamani za E za glycerol na 3PVA-(C10)2 NaAlg zilipatikana kuwa -141.833 eV na -200092.503 eV, mtawalia. Wakati huo huo, miundo inayowakilisha 3PVA-(C10)2 NaAlg huingiliana na vitengo vya gliserioli 1, 2, 3, 4 na 5; E inakuwa -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 na -1548.031 eV, mtawalia. Kuongeza kiwango cha gliserioli husababisha kupungua kwa jumla ya nishati na hivyo kuongezeka kwa mmenyuko. Kulingana na hesabu ya jumla ya nishati, ilihitimishwa kuwa molekuli ya modeli, ambayo ni 3PVA-2Na Alg-5 Gly, ni tendaji zaidi kuliko molekuli zingine za modeli. Jambo hili linahusiana na muundo wao. 3PVA-(C10)2NaAlg ina vikundi viwili tu vya -COONa, huku miundo mingine ikiwa na vikundi viwili vya -COONa lakini ina vikundi kadhaa vya OH, ambayo ina maana kwamba mwitikio wao kuelekea mazingira unaongezeka.
Kwa kuongezea, nishati ya ioni (IE) ya miundo yote inazingatiwa katika utafiti huu. Nishati ya ioni ni kigezo muhimu cha kupima mmenyuko wa modeli iliyosomwa. Nishati inayohitajika kuhamisha elektroni kutoka sehemu moja ya molekuli hadi isiyo na kikomo inaitwa nishati ya ioni. Inawakilisha kiwango cha ioni (yaani mmenyuko) wa molekuli. Kadiri nishati ya ioni inavyokuwa kubwa, ndivyo mmenyuko unavyopungua. Matokeo ya IE ya 3PVA-(C10)2NaAlg yanavyoingiliana na vitengo vya gliserioli 1, 2, 3, 4 na 5 yalikuwa -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 na -9.323 eV, mtawalia, huku IE za gliserioli na 3PVA-(C10)2NaAlg zilikuwa -5.157 na -9.341 eV, mtawalia. Kwa kuwa kuongezwa kwa glycerol kulisababisha kupungua kwa thamani ya IP, mmenyuko wa molekuli uliongezeka, jambo ambalo huongeza utumiaji wa molekuli ya modeli ya PVA/NaAlg/glycerol katika vifaa vya kielektroniki.
Kielezi cha tano katika Jedwali la 3 ni Logi P, ambayo ni logariti ya mgawo wa kizigeu na hutumika kuelezea kama muundo unaosomwa ni wa hidrofili au wa hidrofili. Thamani hasi ya Logi P inaonyesha molekuli ya hidrofili, ikimaanisha kwamba huyeyuka kwa urahisi katika maji na huyeyuka vibaya katika miyeyusho ya kikaboni. Thamani chanya inaonyesha mchakato kinyume.
Kulingana na matokeo yaliyopatikana, inaweza kuhitimishwa kuwa miundo yote ina hidrofili, kwa kuwa thamani zao za Log P ​​(3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly na 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) ni -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 na -8.504, mtawalia, huku thamani ya Log P ya glycerol ikiwa -1.081 pekee na 3PVA-(C10)2Na Alg ikiwa -3.100 pekee. Hii ina maana kwamba sifa za muundo unaosomwa zitabadilika kadri molekuli za maji zinavyojumuishwa katika muundo wake.
Hatimaye, uwezo wa polarizability wa miundo yote pia huhesabiwa katika kiwango cha PM6 kwa kutumia mbinu ya nusu-empirical. Ilibainika hapo awali kwamba uwezo wa polarizability wa vifaa vingi hutegemea mambo mbalimbali. Jambo muhimu zaidi ni ujazo wa muundo unaosomwa. Kwa miundo yote inayohusisha aina ya kwanza ya mwingiliano kati ya 3PVA na 2NaAlg (mwingiliano hutokea kupitia nambari ya atomi ya kaboni 10), uwezo wa polarizability huboreshwa kwa kuongezwa kwa glycerol. Uwezo wa polarizability huongezeka kutoka 29.690 Å hadi 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 na 54.638 Å kutokana na mwingiliano na vitengo vya glycerol 1, 2, 3, 4 na 5. Kwa hivyo, iligundulika kuwa molekuli ya modeli yenye uwezo wa juu zaidi wa polarizability ni 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, huku molekuli ya modeli yenye uwezo wa chini kabisa wa polarizability ni 3PVA-(C10)2NaAlg, ambayo ni 29.690 Å.
Tathmini ya maelezo ya QSAR ilibaini kuwa muundo unaowakilisha 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ndio unaofanya kazi zaidi kwa mwingiliano wa kwanza uliopendekezwa.
Kwa hali ya pili ya mwingiliano kati ya kipima joto cha PVA na kipima joto cha NaAlg, matokeo yanaonyesha kuwa chaji zao zinafanana na zile zilizopendekezwa katika sehemu iliyopita kwa mwingiliano wa kwanza. Miundo yote haina chaji ya kielektroniki, kumaanisha kwamba yote iko katika hali ya ardhi.
Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 4, thamani za TDM (zilizohesabiwa katika kiwango cha PM6) za Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ziliongezeka kutoka 11.581 Debye hadi 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, na 15.756 wakati Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg iliitikia na vitengo 1, 2, 3, 4, 5, na 6 vya glycerol. Hata hivyo, jumla ya nishati hupungua kadri idadi ya vitengo vya gliserili inavyoongezeka, na wakati Muhula wa 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg inapoingiliana na idadi fulani ya vitengo vya gliserili (1 hadi 6), jumla ya nishati ni − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, na − 1637.432 eV, mtawalia.
Kwa uwezekano wa pili wa mwingiliano, IP, Log P na polarizability pia huhesabiwa katika kiwango cha nadharia ya PM6. Kwa hivyo, walizingatia maelezo matatu yenye nguvu zaidi ya reactivity ya molekuli. Kwa miundo inayowakilisha End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg inayoingiliana na vitengo vya glycerol 1, 2, 3, 4, 5 na 6, IP huongezeka kutoka −9.385 eV hadi −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 na −8.900 eV. Hata hivyo, thamani ya Log P iliyohesabiwa ilikuwa chini kutokana na upaushaji wa End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg na glycerol. Kadri kiwango cha gliserili kinavyoongezeka kutoka 1 hadi 6, thamani zake zinakuwa -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 na -10.53 badala ya -3.643. Hatimaye, data ya polarizability ilionyesha kuwa kuongeza kiwango cha gliserili kulisababisha kuongezeka kwa polarizability ya Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg. Polarizability ya molekuli ya modeli Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg iliongezeka kutoka 31.703 Å hadi 63.198 Å baada ya mwingiliano na vitengo 6 vya gliserili. Ni muhimu kutambua kwamba kuongeza idadi ya vitengo vya gliserili katika uwezekano wa mwingiliano wa pili hufanywa ili kuthibitisha kwamba licha ya idadi kubwa ya atomi na muundo tata, utendaji bado unaboreshwa pamoja na ongezeko la kiwango cha gliserili. Kwa hivyo, inaweza kusemwa kwamba modeli ya PVA/Na Alg/glycerin inayopatikana inaweza kuchukua nafasi ya betri za lithiamu-ion kwa kiasi fulani, lakini utafiti na maendeleo zaidi yanahitajika.
Kuainisha uwezo wa kuunganisha wa uso kwenye adsorbate na kutathmini mwingiliano wa kipekee kati ya mifumo kunahitaji ujuzi wa aina ya dhamana iliyopo kati ya atomi zozote mbili, ugumu wa mwingiliano wa kati ya molekuli na ndani ya molekuli, na usambazaji wa msongamano wa elektroni wa uso na adsorbent. Msongamano wa elektroni katika sehemu muhimu ya dhamana (BCP) kati ya atomi zinazoingiliana ni muhimu kwa kutathmini nguvu ya dhamana katika uchanganuzi wa QTAIM. Kadiri msongamano wa chaji ya elektroni ulivyo juu, ndivyo mwingiliano wa kovalenti ulivyo imara zaidi na, kwa ujumla, ndivyo msongamano wa elektroni ulivyo juu zaidi katika sehemu hizi muhimu. Zaidi ya hayo, ikiwa msongamano wa jumla wa nishati ya elektroni (H(r)) na msongamano wa chaji ya Laplace (∇2ρ(r)) zote mbili ni chini ya 0, hii inaonyesha uwepo wa mwingiliano wa kovalenti (jumla). Kwa upande mwingine, wakati ∇2ρ(r) na H(r) zinapokuwa kubwa kuliko 0.54, inaonyesha uwepo wa mwingiliano usio wa kovalenti (ganda lililofungwa) kama vile vifungo dhaifu vya hidrojeni, nguvu za van der Waals na mwingiliano wa umemetuamo. Uchambuzi wa QTAIM ulifunua asili ya mwingiliano usio wa kovalenti katika miundo iliyosomwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7 na 8. Kulingana na uchanganuzi, molekuli za kielelezo zinazowakilisha 3PVA − 2Na Alg na Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg zilionyesha utulivu wa juu kuliko molekuli zinazoingiliana na vitengo tofauti vya glycine. Hii ni kwa sababu idadi ya mwingiliano usio wa kovalenti ambao umeenea zaidi katika muundo wa alginate kama vile mwingiliano wa umemetuamo na vifungo vya hidrojeni huwezesha alginate kuimarisha mchanganyiko. Zaidi ya hayo, matokeo yetu yanaonyesha umuhimu wa mwingiliano usio wa kovalenti kati ya molekuli za kielelezo za 3PVA − 2Na Alg na Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg na glycine, ikionyesha kwamba glycine ina jukumu muhimu katika kurekebisha mazingira ya kielektroniki ya mchanganyiko.
Uchambuzi wa QTAIM wa molekuli ya modeli 3PVA − 2NaAlg inayoingiliana na (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, na (f) 5Gly.