Faleminderit që vizituat nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ne rekomandojmë përdorimin e versionit më të fundit të shfletuesit (ose çaktivizimin e modalitetit të përputhshmërisë në Internet Explorer). Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, kjo faqe nuk do të përfshijë stile ose JavaScript.
Për shkak të burimit të bollshëm të natriumit, bateritë me jon natriumi (NIB) përfaqësojnë një zgjidhje alternative premtuese për ruajtjen e energjisë elektrokimike. Aktualisht, pengesa kryesore në zhvillimin e teknologjisë NIB është mungesa e materialeve të elektrodave që mund të ruajnë/çlirojnë në mënyrë të kthyeshme jonet e natriumit për një kohë të gjatë. Prandaj, qëllimi i këtij studimi është të hetojë teorikisht efektin e shtimit të glicerolit në përzierjet e alkoolit polivinil (PVA) dhe alginatit të natriumit (NaAlg) si materiale të elektrodave NIB. Ky studim përqendrohet në përshkruesit elektronikë, termikë dhe sasiorë të marrëdhënies strukturë-aktivitet (QSAR) të elektroliteve polimerike bazuar në PVA, alginat natriumi dhe përzierjet e glicerolit. Këto veti janë hetuar duke përdorur metoda gjysmë-empirike dhe teorinë funksionale të dendësisë (DFT). Meqenëse analiza strukturore zbuloi detajet e ndërveprimeve midis PVA/alginatit dhe glicerolit, u hetua energjia e hendekut të brezit (Eg). Rezultatet tregojnë se shtimi i glicerolit rezulton në një ulje të vlerës Eg në 0.2814 eV. Sipërfaqja e potencialit elektrostatik molekular (MESP) tregon shpërndarjen e rajoneve të pasura me elektrone dhe të varfra me elektrone dhe ngarkesave molekulare në të gjithë sistemin elektrolit. Parametrat termikë të studiuar përfshijnë entalpinë (H), entropinë (ΔS), kapacitetin e nxehtësisë (Cp), energjinë e lirë të Gibbsit (G) dhe nxehtësinë e formimit. Përveç kësaj, në këtë studim u hetuan disa përshkrues sasiorë të marrëdhënies strukturë-aktivitet (QSAR) si momenti total dipolar (TDM), energjia totale (E), potenciali i jonizimit (IP), Log P dhe polarizueshmëria. Rezultatet treguan se H, ΔS, Cp, G dhe TDM u rritën me rritjen e temperaturës dhe përmbajtjes së glicerolit. Ndërkohë, nxehtësia e formimit, IP dhe E u ulën, gjë që përmirësoi reaktivitetin dhe polarizueshmërinë. Përveç kësaj, duke shtuar glicerol, tensioni i qelizës u rrit në 2.488 V. Llogaritjet DFT dhe PM6 bazuar në elektrolite me bazë gliceroli PVA/Na Alg me kosto efektive tregojnë se ato mund të zëvendësojnë pjesërisht bateritë litium-jon për shkak të shumëfunksionalitetit të tyre, por nevojiten përmirësime dhe kërkime të mëtejshme.
Edhe pse bateritë litium-jon (LIB) përdoren gjerësisht, zbatimi i tyre përballet me shumë kufizime për shkak të ciklit të tyre të shkurtër, kostos së lartë dhe shqetësimeve për sigurinë. Bateritë natriumi-jon (SIB) mund të bëhen një alternativë e zbatueshme ndaj LIB-ve për shkak të disponueshmërisë së tyre të gjerë, kostos së ulët dhe mostoksicitetit të elementit të natriumit. Bateritë natriumi-jon (SIB) po bëhen një sistem gjithnjë e më i rëndësishëm i ruajtjes së energjisë për pajisjet elektrokimike1. Bateritë natriumi-jon mbështeten shumë në elektrolite për të lehtësuar transportin e joneve dhe për të gjeneruar rrymë elektrike2,3. Elektrolitet e lëngshme përbëhen kryesisht nga kripëra metalike dhe tretës organikë. Zbatimet praktike kërkojnë shqyrtim të kujdesshëm të sigurisë së elektroliteve të lëngshme, veçanërisht kur bateria i nënshtrohet stresit termik ose elektrik4.
Bateritë me jon natriumi (SIB) pritet të zëvendësojnë bateritë me jon litium në të ardhmen e afërt për shkak të rezervave të tyre të bollshme në oqean, mostoksicitetit dhe kostos së ulët të materialeve. Sinteza e nanomaterialeve ka përshpejtuar zhvillimin e pajisjeve të ruajtjes së të dhënave, pajisjeve elektronike dhe optike. Një sasi e madhe literature ka demonstruar zbatimin e nanostrukturave të ndryshme (p.sh., oksideve metalike, grafenit, nanotubave dhe fullereneve) në bateritë me jon natriumi. Hulumtimi është përqendruar në zhvillimin e materialeve të anodës, duke përfshirë polimeret, për bateritë me jon natriumi për shkak të shkathtësisë dhe mirëdashësisë së tyre mjedisore. Interesi i kërkimit në fushën e baterive polimerike të rikarikueshme padyshim do të rritet. Materialet e reja të elektrodave polimerike me struktura dhe veti unike ka të ngjarë të hapin rrugën për teknologjitë e ruajtjes së energjisë miqësore me mjedisin. Megjithëse materiale të ndryshme të elektrodave polimerike janë eksploruar për përdorim në bateritë me jon natriumi, kjo fushë është ende në fazat e hershme të zhvillimit. Për bateritë me jon natriumi, duhet të eksplorohen më shumë materiale polimerike me konfigurime të ndryshme strukturore. Bazuar në njohuritë tona aktuale mbi mekanizmin e ruajtjes së joneve të natriumit në materialet e elektrodave polimerike, mund të hipotezohet se grupet karbonil, radikalet e lira dhe heteroatomet në sistemin e konjuguar mund të shërbejnë si vende aktive për bashkëveprimin me jonet e natriumit. Prandaj, është thelbësore të zhvillohen polimere të reja me një dendësi të lartë të këtyre vendeve aktive. Elektroliti polimer xhel (GPE) është një teknologji alternative që përmirëson besueshmërinë e baterisë, përçueshmërinë e joneve, mungesën e rrjedhjeve, fleksibilitetin e lartë dhe performancën e mirë12.
Matricat polimerike përfshijnë materiale të tilla si PVA dhe oksid polietileni (PEO)13. Polimeri i përshkueshëm nga xheli (GPE) imobilizon elektrolitin e lëngshëm në matricën polimerike, gjë që zvogëlon rrezikun e rrjedhjes krahasuar me ndarësit komercialë14. PVA është një polimer sintetik biodegradues. Ka një permitivitet të lartë, është i lirë dhe jo-toksik. Materiali është i njohur për vetitë e tij të formimit të filmit, stabilitetin kimik dhe ngjitjen. Ai gjithashtu zotëron grupe funksionale (OH) dhe një dendësi të lartë potenciali të lidhjes kryq15,16,17. Përzierja e polimerëve, shtimi i plastifikuesve, shtimi i kompozitëve dhe teknikat e polimerizimit in situ janë përdorur për të përmirësuar përçueshmërinë e elektroliteve polimerike me bazë PVA për të zvogëluar kristalinitetin e matricës dhe për të rritur fleksibilitetin e zinxhirit18,19,20.
Përzierja është një metodë e rëndësishme për zhvillimin e materialeve polimerike për aplikime industriale. Përzierjet polimerike përdoren shpesh për të: (1) përmirësuar vetitë e përpunimit të polimereve natyrore në aplikimet industriale; (2) përmirësuar vetitë kimike, fizike dhe mekanike të materialeve të biodegradueshme; dhe (3) përshtatur kërkesës që ndryshon me shpejtësi për materiale të reja në industrinë e paketimit të ushqimit. Ndryshe nga kopolimerizimi, përzierja e polimereve është një proces me kosto të ulët që përdor procese të thjeshta fizike në vend të proceseve komplekse kimike për të arritur vetitë e dëshiruara21. Për të formuar homopolimerë, polimere të ndryshme mund të bashkëveprojnë përmes forcave dipol-dipol, lidhjeve të hidrogjenit ose komplekseve të transferimit të ngarkesës22,23. Përzierjet e bëra nga polimere natyrale dhe sintetike mund të kombinojnë biokompatibilitet të mirë me veti të shkëlqyera mekanike, duke krijuar një material superior me një kosto të ulët prodhimi24,25. Prandaj, ka pasur interes të madh në krijimin e materialeve polimerike biorelevante duke përzier polimere sintetike dhe natyrore. PVA mund të kombinohet me alginat natriumi (NaAlg), celulozë, kitosan dhe niseshte26.
Alginati i natriumit është një polimer natyral dhe polisakarid anionik i nxjerrë nga algat kafe detare. Alginati i natriumit përbëhet nga acidi D-mannuronik (M) i lidhur β-(1-4) dhe acidi L-guluronik (G) i lidhur α-(1-4) të organizuar në forma homopolimerike (poli-M dhe poli-G) dhe blloqe heteropolimerike (MG ose GM)27. Përmbajtja dhe raporti relativ i blloqeve M dhe G kanë një efekt të rëndësishëm në vetitë kimike dhe fizike të alginatit28,29. Alginati i natriumit përdoret dhe studiohet gjerësisht për shkak të biodegradueshmërisë, biokompatibilitetit, kostos së ulët, vetive të mira të formimit të filmit dhe mostoksicitetit. Megjithatë, një numër i madh i grupeve të lira hidroksil (OH) dhe karboksilat (COO) në zinxhirin e alginatit e bën alginatin shumë hidrofil. Megjithatë, alginati ka veti të dobëta mekanike për shkak të brishtësisë dhe ngurtësisë së tij. Prandaj, alginati mund të kombinohet me materiale të tjera sintetike për të përmirësuar ndjeshmërinë ndaj ujit dhe vetitë mekanike30,31.
Përpara projektimit të materialeve të reja të elektrodave, llogaritjet DFT përdoren shpesh për të vlerësuar fizibilitetin e fabrikimit të materialeve të reja. Përveç kësaj, shkencëtarët përdorin modelimin molekular për të konfirmuar dhe parashikuar rezultatet eksperimentale, për të kursyer kohë, për të zvogëluar mbeturinat kimike dhe për të parashikuar sjelljen e ndërveprimit32. Modelimi molekular është bërë një degë e fuqishme dhe e rëndësishme e shkencës në shumë fusha, duke përfshirë shkencën e materialeve, nanomaterialet, kiminë kompjuterike dhe zbulimin e barnave33,34. Duke përdorur programe modelimi, shkencëtarët mund të marrin drejtpërdrejt të dhëna molekulare, duke përfshirë energjinë (nxehtësinë e formimit, potencialin e jonizimit, energjinë e aktivizimit, etj.) dhe gjeometrinë (këndet e lidhjeve, gjatësitë e lidhjeve dhe këndet e rrotullimit)35. Përveç kësaj, mund të llogariten vetitë elektronike (ngarkesa, energjia e boshllëkut të brezit HOMO dhe LUMO, afiniteti i elektroneve), vetitë spektrale (modat dhe intensitetet karakteristike të vibrimit si spektrat FTIR) dhe vetitë e masës (vëllimi, difuzioni, viskoziteti, moduli, etj.)36.
LiNiPO4 tregon avantazhe të mundshme në konkurrimin me materialet e elektrodave pozitive të baterive litium-jon për shkak të dendësisë së lartë të energjisë (tension pune prej rreth 5.1 V). Për të shfrytëzuar plotësisht avantazhin e LiNiPO4 në rajonin e tensionit të lartë, tensioni i punës duhet të ulet sepse elektroliti i tensionit të lartë i zhvilluar aktualisht mund të mbetet relativisht i qëndrueshëm vetëm në tensione nën 4.8 V. Zhang et al. hetuan dopingun e të gjitha metaleve të tranzicionit 3d, 4d dhe 5d në vendin Ni të LiNiPO4, zgjodhën modelet e dopingut me performancë të shkëlqyer elektrokimike dhe rregulluan tensionin e punës së LiNiPO4 duke ruajtur stabilitetin relativ të performancës së tij elektrokimike. Tensionet më të ulëta të punës që ata morën ishin përkatësisht 4.21, 3.76 dhe 3.5037 për LiNiPO4 të dopinguar me Ti, Nb dhe Ta.
Prandaj, qëllimi i këtij studimi është të hetojë teorikisht efektin e glicerolit si plastifikues në vetitë elektronike, përshkruesit QSAR dhe vetitë termike të sistemit PVA/NaAlg duke përdorur llogaritjet kuantike mekanike për zbatimin e tij në bateritë e rikarikueshme jon-jon. Ndërveprimet molekulare midis modelit PVA/NaAlg dhe glicerolit u analizuan duke përdorur teorinë kuantike atomike të molekulave të Baderit (QTAIM).
Një model molekule që përfaqëson bashkëveprimin e PVA me NaAlg dhe më pas me glicerolin u optimizua duke përdorur DFT. Modeli u llogarit duke përdorur programin Gaussian 0938 në Departamentin e Spektroskopisë, Qendra Kombëtare e Kërkimeve, Kajro, Egjipt. Modelet u optimizuan duke përdorur DFT në nivelin B3LYP/6-311G(d, p)39,40,41,42. Për të verifikuar bashkëveprimin midis modeleve të studiuara, studimet e frekuencave të kryera në të njëjtin nivel teorie demonstrojnë stabilitetin e gjeometrisë së optimizuar. Mungesa e frekuencave negative midis të gjitha frekuencave të vlerësuara nxjerr në pah strukturën e nxjerrë në minimumin e vërtetë pozitiv në sipërfaqen e energjisë potenciale. Parametrat fizikë si TDM, energjia e hendekut të brezit HOMO/LUMO dhe MESP u llogaritën në të njëjtin nivel teorie mekanik kuantik. Përveç kësaj, disa parametra termikë si nxehtësia përfundimtare e formimit, energjia e lirë, entropia, entalpia dhe kapaciteti i nxehtësisë u llogaritën duke përdorur formulat e dhëna në Tabelën 1. Modelet e studiuara iu nënshtruan analizës së teorisë kuantike të atomeve në molekula (QTAIM) me qëllim identifikimin e ndërveprimeve që ndodhin në sipërfaqen e strukturave të studiuara. Këto llogaritje u kryen duke përdorur komandën "output=wfn" në kodin e softuerit Gaussian 09 dhe më pas u vizualizuan duke përdorur kodin e softuerit Avogadro43.
Ku E është energjia e brendshme, P është presioni, V është vëllimi, Q është shkëmbimi i nxehtësisë midis sistemit dhe mjedisit të tij, T është temperatura, ΔH është ndryshimi i entalpisë, ΔG është ndryshimi i energjisë së lirë, ΔS është ndryshimi i entropisë, a dhe b janë parametrat vibrues, q është ngarkesa atomike dhe C është dendësia e elektroneve atomike44,45. Së fundmi, të njëjtat struktura u optimizuan dhe parametrat QSAR u llogaritën në nivelin PM6 duke përdorur kodin e softuerit SCIGRESS46 në Departamentin e Spektroskopisë të Qendrës Kombëtare të Kërkimeve në Kajro, Egjipt.
Në punën tonë të mëparshme47, ne vlerësuam modelin më të mundshëm që përshkruan bashkëveprimin e tre njësive PVA me dy njësi NaAlg, me glicerolin që vepron si plastifikues. Siç u përmend më sipër, ekzistojnë dy mundësi për bashkëveprimin e PVA dhe NaAlg. Dy modelet, të përcaktuara si 3PVA-2Na Alg (bazuar në numrin e karbonit 10) dhe Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, kanë vlerën më të vogël të hendekut të energjisë48 krahasuar me strukturat e tjera të marra në konsideratë. Prandaj, efekti i shtimit të Gly në modelin më të mundshëm të polimerit të përzierjes PVA/Na Alg u hetua duke përdorur dy strukturat e fundit: 3PVA-(C10)2Na Alg (i referuar si 3PVA-2Na Alg për thjeshtësi) dhe Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Sipas literaturës, PVA, NaAlg dhe gliceroli mund të formojnë vetëm lidhje të dobëta hidrogjeni midis grupeve funksionale hidroksile. Meqenëse si trimeri PVA ashtu edhe dimeri NaAlg dhe glicerol përmbajnë disa grupe OH, kontakti mund të realizohet përmes njërit prej grupeve OH. Figura 1 tregon bashkëveprimin midis molekulës model të glicerolit dhe molekulës model 3PVA-2Na Alg, dhe Figura 2 tregon modelin e ndërtuar të bashkëveprimit midis molekulës model Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg dhe përqendrimeve të ndryshme të glicerolit.
Strukturat e optimizuara: (a) Gly dhe 3PVA − 2Na Alg bashkëveprojnë me (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly dhe (f) 5 Gly.
Strukturat e optimizuara të Term 1Na Alg-3PVA–Mid 1Na Alg që bashkëveprojnë me (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly dhe (f) 6 Gly.
Energjia e boshllëkut të brezit elektronik është një parametër i rëndësishëm për t'u marrë në konsideratë kur studiohet reaktiviteti i çdo materiali elektrode. Sepse përshkruan sjelljen e elektroneve kur materiali i nënshtrohet ndryshimeve të jashtme. Prandaj, është e nevojshme të vlerësohen energjitë e boshllëkut të brezit elektronik të HOMO/LUMO për të gjitha strukturat e studiuara. Tabela 2 tregon ndryshimet në energjitë HOMO/LUMO të 3PVA-(C10)2Na Alg dhe Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg për shkak të shtimit të glicerolit. Sipas ref47, vlera Eg e 3PVA-(C10)2Na Alg është 0.2908 eV, ndërsa vlera Eg e strukturës që pasqyron probabilitetin e bashkëveprimit të dytë (domethënë, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) është 0.5706 eV.
Megjithatë, u zbulua se shtimi i glicerolit rezultoi në një ndryshim të lehtë në vlerën Eg të 3PVA-(C10)2Na Alg. Kur 3PVA-(C10)2NaAlg bashkëveproi me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli, vlerat e tij Eg u bënë përkatësisht 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 dhe 0.281 eV. Megjithatë, ekziston një informacion i vlefshëm se pas shtimit të 3 njësive të glicerolit, vlera Eg u bë më e vogël se ajo e 3PVA-(C10)2Na Alg. Modeli që përfaqëson bashkëveprimin e 3PVA-(C10)2Na Alg me pesë njësi gliceroli është modeli më i mundshëm i bashkëveprimit. Kjo do të thotë që ndërsa numri i njësive të glicerolit rritet, rritet edhe probabiliteti i bashkëveprimit.
Ndërkohë, për probabilitetin e dytë të bashkëveprimit, energjitë HOMO/LUMO të molekulave model që përfaqësojnë Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly dhe Termin 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly bëhen përkatësisht 1.343, 1.34 ± 1, 0.976, 0.607, 0.348 dhe 0.496 eV. Tabela 2 tregon energjitë e llogaritura të hendekut të brezit HOMO/LUMO për të gjitha strukturat. Për më tepër, e njëjta sjellje e probabiliteteve të ndërveprimit të grupit të parë përsëritet këtu.
Teoria e brezave në fizikën e gjendjes së ngurtë pohon se, ndërsa boshllëku i brezave të një materiali elektrodë zvogëlohet, përçueshmëria elektronike e materialit rritet. Dopingu është një metodë e zakonshme për të zvogëluar boshllëkun e brezave të materialeve katodë me jon natriumi. Jiang et al. përdorën dopingun me Cu për të përmirësuar përçueshmërinë elektronike të materialeve të shtresuara β-NaMnO2. Duke përdorur llogaritjet DFT, ata zbuluan se dopingu uli boshllëkun e brezave të materialit nga 0.7 eV në 0.3 eV. Kjo tregon se dopingu me Cu përmirëson përçueshmërinë elektronike të materialit β-NaMnO2.
MESP përkufizohet si energjia e bashkëveprimit midis shpërndarjes së ngarkesës molekulare dhe një ngarkese të vetme pozitive. MESP konsiderohet një mjet efektiv për të kuptuar dhe interpretuar vetitë kimike dhe reaktivitetin. MESP mund të përdoret për të kuptuar mekanizmat e bashkëveprimeve midis materialeve polimerike. MESP përshkruan shpërndarjen e ngarkesës brenda përbërjes nën studim. Përveç kësaj, MESP ofron informacion në lidhje me vendet aktive në materialet nën studim32. Figura 3 tregon grafikët MESP të 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, dhe 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly të parashikuara në nivelin teorik B3LYP/6-311G(d, p).
Konturet MESP të llogaritura me B3LYP/6-311 g(d, p) për (a) Gly dhe 3PVA − 2Na Alg që bashkëveprojnë me (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly dhe (f) 5 Gly.
Ndërkohë, Fig. 4 tregon rezultatet e llogaritura të MESP për Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-1Gly, Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-5gly dhe Termin 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly, përkatësisht. MESP-ja e llogaritur përfaqësohet si një sjellje konturore. Vijat e konturit përfaqësohen nga ngjyra të ndryshme. Çdo ngjyrë përfaqëson një vlerë të ndryshme elektronegativiteti. Ngjyra e kuqe tregon vendet shumë elektronegative ose reaktive. Ndërkohë, ngjyra e verdhë përfaqëson vendet neutrale 49, 50, 51 në strukturë. Rezultatet e MESP treguan se reaktiviteti i 3PVA-(C10)2Na Alg u rrit me rritjen e ngjyrës së kuqe rreth modeleve të studiuara. Ndërkohë, intensiteti i ngjyrës së kuqe në hartën MESP të molekulës model Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg zvogëlohet për shkak të ndërveprimit me përmbajtje të ndryshme të glicerolit. Ndryshimi në shpërndarjen e ngjyrës së kuqe rreth strukturës së propozuar pasqyron reaktivitetin, ndërsa rritja e intensitetit konfirmon rritjen e elektronegativitetit të molekulës model 3PVA-(C10)2Na Alg për shkak të rritjes së përmbajtjes së glicerolit.
B3LYP/6-311 g(d, p) Termi MESP i llogaritur i 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg që bashkëvepron me (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly dhe (f) 6 Gly.
Të gjitha strukturat e propozuara kanë parametrat e tyre termikë si entalpia, entropia, kapaciteti i nxehtësisë, energjia e lirë dhe nxehtësia e formimit të llogaritura në temperatura të ndryshme në diapazonin nga 200 K në 500 K. Për të përshkruar sjelljen e sistemeve fizike, përveç studimit të sjelljes së tyre elektronike, është gjithashtu e nevojshme të studiohet sjellja e tyre termike si një funksion i temperaturës për shkak të bashkëveprimit të tyre me njëra-tjetrën, i cili mund të llogaritet duke përdorur ekuacionet e dhëna në Tabelën 1. Studimi i këtyre parametrave termikë konsiderohet një tregues i rëndësishëm i reagimit dhe stabilitetit të sistemeve të tilla fizike në temperatura të ndryshme.
Sa i përket entalpisë së trimerit PVA, ai së pari reagon me dimerin NaAlg, pastaj përmes grupit OH të bashkangjitur në atomin e karbonit #10 dhe së fundmi me glicerolin. Entalpia është një masë e energjisë në një sistem termodinamik. Entalpia është e barabartë me nxehtësinë totale në një sistem, e cila është ekuivalente me energjinë e brendshme të sistemit plus produktin e vëllimit dhe presionit të tij. Me fjalë të tjera, entalpia tregon se sa nxehtësi dhe punë i shtohet ose hiqet një substance52.
Figura 5 tregon ndryshimet e entalpisë gjatë reaksionit të 3PVA-(C10)2Na Alg me përqendrime të ndryshme të glicerolit. Shkurtesat A0, A1, A2, A3, A4 dhe A5 përfaqësojnë molekulat model 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 dhe 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, përkatësisht. Figura 5a tregon se entalpia rritet me rritjen e temperaturës dhe përmbajtjes së glicerolit. Entalpia e strukturës që përfaqëson 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (domethënë, A5) në 200 K është 27.966 cal/mol, ndërsa entalpia e strukturës që përfaqëson 3PVA-2NaAlg në 200 K është 13.490 cal/mol. Së fundmi, meqenëse entalpia është pozitive, ky reaksion është endotermik.
Entropia përkufizohet si një masë e energjisë së padisponueshme në një sistem termodinamik të mbyllur dhe shpesh konsiderohet si një masë e çrregullimit të sistemit. Figura 5b tregon ndryshimin në entropinë e 3PVA-(C10)2NaAlg me temperaturën dhe si bashkëvepron me njësi të ndryshme të glicerolit. Grafiku tregon se entropia ndryshon në mënyrë lineare ndërsa temperatura rritet nga 200 K në 500 K. Figura 5b tregon qartë se entropia e modelit 3PVA-(C10)2Na Alg tenton të jetë 200 kal/K/mol në 200 K sepse modeli 3PVA-(C10)2Na Alg shfaq më pak çrregullim të rrjetës. Ndërsa temperatura rritet, modeli 3PVA-(C10)2Na Alg bëhet i çrregullt dhe shpjegon rritjen e entropisë me rritjen e temperaturës. Për më tepër, është e qartë se struktura e 3PVA-C10 2Na Alg-5Gly ka vlerën më të lartë të entropisë.
E njëjta sjellje vërehet në Figurën 5c, e cila tregon ndryshimin në kapacitetin e nxehtësisë me temperaturën. Kapaciteti i nxehtësisë është sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ndryshuar temperaturën e një sasie të caktuar të substancës me 1 °C47. Figura 5c tregon ndryshimet në kapacitetin e nxehtësisë së molekulës model 3PVA-(C10)2NaAlg për shkak të ndërveprimeve me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli. Figura tregon se kapaciteti i nxehtësisë i modelit 3PVA-(C10)2NaAlg rritet linearisht me temperaturën. Rritja e vëzhguar e kapacitetit të nxehtësisë me rritjen e temperaturës i atribuohet vibracioneve termike të fononit. Përveç kësaj, ka prova se rritja e përmbajtjes së glicerolit çon në një rritje të kapacitetit të nxehtësisë së modelit 3PVA-(C10)2NaAlg. Për më tepër, struktura tregon se 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ka vlerën më të lartë të kapacitetit të nxehtësisë krahasuar me strukturat e tjera.
Parametra të tjerë si energjia e lirë dhe nxehtësia përfundimtare e formimit u llogaritën për strukturat e studiuara dhe tregohen përkatësisht në Figurën 5d dhe e. Nxehtësia përfundimtare e formimit është nxehtësia e çliruar ose e absorbuar gjatë formimit të një substance të pastër nga elementët e saj përbërës nën presion të vazhdueshëm. Energjia e lirë mund të përkufizohet si një veti e ngjashme me energjinë, d.m.th., vlera e saj varet nga sasia e substancës në secilën gjendje termodinamike. Energjia e lirë dhe nxehtësia e formimit të 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ishin më të ulëtat dhe ishin përkatësisht -1318.338 dhe -1628.154 kcal/mol. Në të kundërt, struktura që përfaqëson 3PVA-(C10)2NaAlg ka vlerat më të larta të energjisë së lirë dhe nxehtësisë së formimit prej -690.340 dhe -830.673 kcal/mol, përkatësisht, krahasuar me strukturat e tjera. Siç tregohet në Figurën 5, vetitë e ndryshme termike ndryshohen për shkak të bashkëveprimit me glicerolin. Energjia e lirë e Gibbs është negative, duke treguar se struktura e propozuar është e qëndrueshme.
PM6 llogariti parametrat termikë të 3PVA- (C10) 2Na Alg të pastër (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) dhe 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (modeli A5), ku (a) është entalpia, (b) entropia, (c) kapaciteti i nxehtësisë, (d) energjia e lirë dhe (e) nxehtësia e formimit.
Nga ana tjetër, mënyra e dytë e bashkëveprimit midis trimerit PVA dhe NaAlg dimerik ndodh në grupet OH terminale dhe të mesme në strukturën e trimerit PVA. Ashtu si në grupin e parë, parametrat termikë u llogaritën duke përdorur të njëjtin nivel teorie. Figura 6a-e tregon ndryshimet e entalpisë, entropisë, kapacitetit të nxehtësisë, energjisë së lirë dhe, në fund të fundit, nxehtësisë së formimit. Figurat 6a-c tregojnë se entalpia, entropia dhe kapaciteti i nxehtësisë i Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg shfaqin të njëjtën sjellje si grupi i parë kur bashkëveprojnë me 1, 2, 3, 4, 5 dhe 6 njësi gliceroli. Për më tepër, vlerat e tyre rriten gradualisht me rritjen e temperaturës. Përveç kësaj, në modelin e propozuar Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg, vlerat e entalpisë, entropisë dhe kapacitetit të nxehtësisë u rritën me rritjen e përmbajtjes së glicerolit. Shkurtesat B0, B1, B2, B3, B4, B5 dhe B6 përfaqësojnë përkatësisht strukturat e mëposhtme: 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 dhe Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Siç tregohet në Fig. 6a–c, është e qartë se vlerat e entalpisë, entropisë dhe kapacitetit të nxehtësisë rriten me rritjen e numrit të njësive të glicerolit nga 1 në 6.
PM6 llogariti parametrat termikë të Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg (modeli B0), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 1 Gly (modeli B1), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 2 Gly (modeli B2), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 3 Gly (modeli B3), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 4 Gly (modeli B4), Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 5 Gly (modeli B5) dhe Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg – 6 Gly (modeli B6), duke përfshirë (a) entalpinë, (b) entropinë, (c) kapacitetin e nxehtësisë, (d) energjinë e lirë dhe (e) nxehtësinë e formimit.
Përveç kësaj, struktura që përfaqëson Termin 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-6Gly ka vlerat më të larta të entalpisë, entropisë dhe kapacitetit të nxehtësisë krahasuar me strukturat e tjera. Midis tyre, vlerat e tyre u rritën nga 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K dhe 131.323 kcal/mol në Termin 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg në 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K dhe 275.923 kcal/mol në Termin 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg − 6 Gly, përkatësisht.
Megjithatë, Figurat 6d dhe e tregojnë varësinë nga temperatura e energjisë së lirë dhe nxehtësisë përfundimtare të formimit (HF). HF mund të përkufizohet si ndryshimi i entalpisë që ndodh kur një mol i një substance formohet nga elementët e saj në kushte natyrore dhe standarde. Nga figura është e qartë se energjia e lirë dhe nxehtësia përfundimtare e formimit të të gjitha strukturave të studiuara tregojnë një varësi lineare nga temperatura, d.m.th., ato rriten gradualisht dhe linearisht me rritjen e temperaturës. Përveç kësaj, figura konfirmoi gjithashtu se struktura që përfaqëson Termin 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly ka energjinë e lirë më të ulët dhe HF-në më të ulët. Të dy parametrat ranë nga -758.337 në -899.741 K cal/mol në termin 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly në -1,476.591 dhe -1,828.523 K cal/mol. Nga rezultatet është e qartë se HF zvogëlohet me rritjen e njësive të glicerolit. Kjo do të thotë që për shkak të rritjes së grupeve funksionale, reaktiviteti rritet gjithashtu dhe për këtë arsye kërkohet më pak energji për të kryer reaksionin. Kjo konfirmon që PVA/NaAlg i plastifikuar mund të përdoret në bateri për shkak të reaktivitetit të tij të lartë.
Në përgjithësi, efektet e temperaturës ndahen në dy lloje: efektet e temperaturës së ulët dhe efektet e temperaturës së lartë. Efektet e temperaturave të ulëta ndihen kryesisht në vendet e vendosura në gjerësi të larta gjeografike, si Groenlanda, Kanadaja dhe Rusia. Në dimër, temperatura e ajrit të jashtëm në këto vende është shumë nën zero gradë Celsius. Jetëgjatësia dhe performanca e baterive litium-jon mund të ndikohen nga temperaturat e ulëta, veçanërisht ato të përdorura në automjetet elektrike hibride, automjetet pastra elektrike dhe automjetet elektrike hibride. Udhëtimi në hapësirë ​​është një tjetër mjedis i ftohtë që kërkon bateri litium-jon. Për shembull, temperatura në Mars mund të bjerë në -120 gradë Celsius, gjë që përbën një pengesë të konsiderueshme për përdorimin e baterive litium-jon në anijet kozmike. Temperaturat e ulëta të funksionimit mund të çojnë në një ulje të shkallës së transferimit të ngarkesës dhe aktivitetit të reaksionit kimik të baterive litium-jon, duke rezultuar në një ulje të shkallës së difuzionit të joneve të litiumit brenda elektrodës dhe përçueshmërisë jonike në elektrolit. Ky degradim rezulton në ulje të kapacitetit dhe fuqisë së energjisë, dhe ndonjëherë edhe në ulje të performancës53.
Efekti i temperaturës së lartë ndodh në një gamë më të gjerë mjedisesh aplikimi, duke përfshirë mjedise me temperaturë të lartë dhe të ulët, ndërsa efekti i temperaturës së ulët është kryesisht i kufizuar në mjediset e aplikimit me temperaturë të ulët. Efekti i temperaturës së ulët përcaktohet kryesisht nga temperatura e ambientit, ndërsa efekti i temperaturës së lartë zakonisht i atribuohet më saktë temperaturave të larta brenda baterisë litium-jon gjatë funksionimit.
Bateritë litium-jon gjenerojnë nxehtësi në kushte të rrymës së lartë (duke përfshirë karikimin dhe shkarkimin e shpejtë), gjë që shkakton rritjen e temperaturës së brendshme. Ekspozimi ndaj temperaturave të larta mund të shkaktojë gjithashtu degradim të performancës së baterisë, duke përfshirë humbjen e kapacitetit dhe fuqisë. Në mënyrë tipike, humbja e litiumit dhe rikuperimi i materialeve aktive në temperatura të larta çojnë në humbje të kapacitetit, dhe humbja e fuqisë është për shkak të një rritjeje të rezistencës së brendshme. Nëse temperatura del jashtë kontrollit, ndodh një ikje termike, e cila në disa raste mund të çojë në djegie spontane ose edhe shpërthim.
Llogaritjet QSAR janë një metodë modelimi kompjuterik ose matematikor që përdoret për të identifikuar marrëdhëniet midis aktivitetit biologjik dhe vetive strukturore të përbërjeve. Të gjitha molekulat e projektuara u optimizuan dhe disa veti QSAR u llogaritën në nivelin PM6. Tabela 3 rendit disa nga përshkruesit e llogaritur të QSAR. Shembuj të përshkruesve të tillë janë ngarkesa, TDM, energjia totale (E), potenciali i jonizimit (IP), Log P dhe polarizueshmëria (shih Tabelën 1 për formulat për të përcaktuar IP dhe Log P).
Rezultatet e llogaritjes tregojnë se ngarkesa totale e të gjitha strukturave të studiuara është zero pasi ato janë në gjendjen themelore. Për probabilitetin e parë të ndërveprimit, TDM e glicerolit ishte 2.788 Debye dhe 6.840 Debye për 3PVA-(C10) 2Na Alg, ndërsa vlerat e TDM u rritën në 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye dhe 12.779 Debye kur 3PVA-(C10) 2Na Alg ndërveproi me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli, përkatësisht. Sa më e lartë të jetë vlera e TDM, aq më i lartë është reaktiviteti i tij me mjedisin.
Energjia totale (E) u llogarit gjithashtu, dhe vlerat E të glicerolit dhe 3PVA-(C10)2 NaAlg u gjetën të jenë përkatësisht -141.833 eV dhe -200092.503 eV. Ndërkohë, strukturat që përfaqësojnë 3PVA-(C10)2 NaAlg bashkëveprojnë me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli; E bëhet përkatësisht -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 dhe -1548.031 eV. Rritja e përmbajtjes së glicerolit çon në një ulje të energjisë totale dhe rrjedhimisht në një rritje të reaktivitetit. Bazuar në llogaritjen e energjisë totale, u arrit në përfundimin se molekula model, e cila është 3PVA-2Na Alg-5 Gly, është më reaktive se molekulat e tjera model. Ky fenomen lidhet me strukturën e tyre. 3PVA-(C10)2NaAlg përmban vetëm dy grupe -COONa, ndërsa strukturat e tjera përmbajnë dy grupe -COONa, por mbartin disa grupe OH, që do të thotë se reaktiviteti i tyre ndaj mjedisit është i rritur.
Përveç kësaj, në këtë studim merren në konsideratë energjitë e jonizimit (IE) të të gjitha strukturave. Energjia e jonizimit është një parametër i rëndësishëm për matjen e reaktivitetit të modelit të studiuar. Energjia e nevojshme për të lëvizur një elektron nga një pikë e një molekule në infinit quhet energji jonizimi. Ajo përfaqëson shkallën e jonizimit (domethënë reaktivitetin) e molekulës. Sa më e lartë të jetë energjia e jonizimit, aq më i ulët është reaktiviteti. Rezultatet e IE të bashkëveprimit të 3PVA-(C10)2NaAlg me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli ishin përkatësisht -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 dhe -9.323 eV, ndërsa IE-të e glicerolit dhe 3PVA-(C10)2NaAlg ishin përkatësisht -5.157 dhe -9.341 eV. Meqenëse shtimi i glicerolit rezultoi në një ulje të vlerës IP, reaktiviteti molekular u rrit, gjë që rrit zbatueshmërinë e molekulës model PVA/NaAlg/glicerol në pajisjet elektrokimike.
Përshkruesi i pestë në Tabelën 3 është Log P, i cili është logaritmi i koeficientit të ndarjes dhe përdoret për të përshkruar nëse struktura që studiohet është hidrofile apo hidrofobe. Një vlerë negative Log P tregon një molekulë hidrofile, që do të thotë se ajo tretet lehtë në ujë dhe tretet dobët në tretës organikë. Një vlerë pozitive tregon procesin e kundërt.
Bazuar në rezultatet e marra, mund të konkludohet se të gjitha strukturat janë hidrofile, meqenëse vlerat e tyre Log P (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly dhe 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) janë përkatësisht -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 dhe -8.504, ndërsa vlera Log P e glicerolit është vetëm -1.081 dhe 3PVA-(C10)2Na Alg është vetëm -3.100. Kjo do të thotë që vetitë e strukturës që studiohet do të ndryshojnë ndërsa molekulat e ujit përfshihen në strukturën e saj.
Së fundmi, polarizueshmëria e të gjitha strukturave llogaritet gjithashtu në nivelin PM6 duke përdorur një metodë gjysmë-empirike. Më parë është vënë re se polarizueshmëria e shumicës së materialeve varet nga faktorë të ndryshëm. Faktori më i rëndësishëm është vëllimi i strukturës nën studim. Për të gjitha strukturat që përfshijnë llojin e parë të bashkëveprimit midis 3PVA dhe 2NaAlg (bashkëveprimi ndodh përmes numrit të atomit të karbonit 10), polarizueshmëria përmirësohet me shtimin e glicerolit. Polarizueshmëria rritet nga 29.690 Å në 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 dhe 54.638 Å për shkak të bashkëveprimeve me 1, 2, 3, 4 dhe 5 njësi gliceroli. Kështu, u zbulua se molekula model me polarizueshmërinë më të lartë është 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, ndërsa molekula model me polarizueshmërinë më të ulët është 3PVA-(C10)2NaAlg, e cila është 29.690 Å.
Vlerësimi i përshkruesve QSAR zbuloi se struktura që përfaqëson 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly është më reaktive për bashkëveprimin e parë të propozuar.
Për mënyrën e dytë të bashkëveprimit midis trimerit PVA dhe dimerit NaAlg, rezultatet tregojnë se ngarkesat e tyre janë të ngjashme me ato të propozuara në seksionin e mëparshëm për bashkëveprimin e parë. Të gjitha strukturat kanë ngarkesë elektronike zero, që do të thotë se të gjitha janë në gjendjen themelore.
Siç tregohet në Tabelën 4, vlerat TDM (të llogaritura në nivelin PM6) të Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg u rritën nga 11.581 Debye në 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 dhe 15.756 kur Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg reagoi me 1, 2, 3, 4, 5 dhe 6 njësi gliceroli. Megjithatë, energjia totale zvogëlohet me rritjen e numrit të njësive të glicerolit, dhe kur Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg bashkëvepron me një numër të caktuar të njësive të glicerolit (1 deri në 6), energjia totale është përkatësisht − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 dhe − 1637.432 eV.
Për probabilitetin e dytë të bashkëveprimit, IP, Log P dhe polarizueshmëria llogariten gjithashtu në nivelin teorik PM6. Prandaj, ata morën në konsideratë tre përshkruesit më të fuqishëm të reaktivitetit molekular. Për strukturat që përfaqësojnë End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg që bashkëveprojnë me 1, 2, 3, 4, 5 dhe 6 njësi gliceroli, IP rritet nga -9.385 eV në -8.946, -8.848, -8.430, -9.537, -7.997 dhe -8.900 eV. Megjithatë, vlera e llogaritur Log P ishte më e ulët për shkak të plastifikimit të End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg me glicerinë. Ndërsa përmbajtja e glicerolit rritet nga 1 në 6, vlerat e saj bëhen -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 dhe -10.53 në vend të -3.643. Së fundmi, të dhënat e polarizueshmërisë treguan se rritja e përmbajtjes së glicerolit rezultoi në rritjen e polarizueshmërisë së Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg. Polarizueshmëria e molekulës model Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg u rrit nga 31.703 Å në 63.198 Å pas bashkëveprimit me 6 njësi gliceroli. Është e rëndësishme të theksohet se rritja e numrit të njësive të glicerolit në probabilitetin e bashkëveprimit të dytë kryhet për të konfirmuar se pavarësisht numrit të madh të atomeve dhe strukturës komplekse, performanca përmirësohet akoma me rritjen e përmbajtjes së glicerolit. Kështu, mund të thuhet se modeli i disponueshëm PVA/Na Alg/glicerinë mund të zëvendësojë pjesërisht bateritë litium-jon, por nevojiten më shumë kërkime dhe zhvillime.
Karakterizimi i kapacitetit të lidhjes së një sipërfaqeje me një adsorbat dhe vlerësimi i ndërveprimeve unike midis sistemeve kërkon njohuri të llojit të lidhjes që ekziston midis çdo dy atomeve, kompleksitetit të ndërveprimeve ndërmolekulare dhe intramolekulare, si dhe shpërndarjes së dendësisë së elektroneve të sipërfaqes dhe adsorbentit. Dendësia e elektroneve në pikën kritike të lidhjes (BCP) midis atomeve që bashkëveprojnë është kritike për vlerësimin e forcës së lidhjes në analizën QTAIM. Sa më e lartë të jetë dendësia e ngarkesës së elektroneve, aq më i qëndrueshëm është ndërveprimi kovalent dhe, në përgjithësi, aq më e lartë është dendësia e elektroneve në këto pika kritike. Për më tepër, nëse si dendësia totale e energjisë së elektroneve (H(r)) ashtu edhe dendësia e ngarkesës së Laplasit (∇2ρ(r)) janë më pak se 0, kjo tregon praninë e ndërveprimeve kovalente (të përgjithshme). Nga ana tjetër, kur ∇2ρ(r) dhe H(r) janë më të mëdha se 0.54, kjo tregon praninë e ndërveprimeve jo-kovalente (me guaskë të mbyllur) siç janë lidhjet e dobëta të hidrogjenit, forcat van der Waals dhe ndërveprimet elektrostatike. Analiza QTAIM zbuloi natyrën e bashkëveprimeve jo-kovalente në strukturat e studiuara siç tregohet në Figurat 7 dhe 8. Bazuar në analizë, molekulat model që përfaqësojnë 3PVA − 2Na Alg dhe Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg treguan stabilitet më të lartë sesa molekulat që bashkëveprojnë me njësi të ndryshme të glicinës. Kjo për shkak se një numër bashkëveprimesh jo-kovalente që janë më të përhapura në strukturën e alginatit, siç janë bashkëveprimet elektrostatike dhe lidhjet hidrogjenore, i mundësojnë alginatit të stabilizojë përbërësit. Për më tepër, rezultatet tona demonstrojnë rëndësinë e bashkëveprimeve jo-kovalente midis molekulave model 3PVA − 2Na Alg dhe Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg dhe glicinës, duke treguar se glicina luan një rol të rëndësishëm në modifikimin e mjedisit të përgjithshëm elektronik të përbërësve.
Analiza QTAIM e molekulës model 3PVA − 2NaAlg që bashkëvepron me (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly dhe (f) 5Gly.