Исследователи с помощью искусственного интеллекта обнаружили почти 63 тысячи перспективных материалов, которые могут ускорить разработку твердотельных батарей — более безопасных и эффективных, чем современные литий-ионные. В отличие от обычных аккумуляторов, где используется жидкий легковоспламеняющийся электролит, твердотельные батареи работают на твердых материалах. Но найти такие твердые вещества, через которые ионы лития двигались бы достаточно быстро, — давняя инженерная проблема.
Ученые создали ИИ-фреймворк IonNet, который предсказывает подвижность ионов лития в материале на основе его химического состава. Главное преимущество: для этого не нужна точная кристаллическая структура, которая для новых или малоизученных соединений часто недоступна. Сначала систему применили к 4500 стабильным соединениям и нашли 87 потенциальных быстрых ионных проводников. Затем расширили поиск до пяти миллионов модифицированных составов — и получили уже 63 тысячи кандидатов.
Чтобы проверить точность предсказаний, отобрали около 20 материалов для физических симуляций. Подтвердились 13 из них. Как отмечает профессор Фэнцзи Ю, подход не отменяет реальные эксперименты и сложные расчеты, но позволяет отсеивать заведомо неподходящие варианты на раннем этапе. А оценка одного материала с помощью традиционных физических симуляций может занимать десятки тысяч часов процессорного времени.
IonNet также выявляет химические закономерности, связанные с высокой подвижностью ионов — это помогает понять, почему одни материалы работают лучше других.
В отдельном исследовании та же группа показала, что изменение химического окружения ионов может значительно повысить напряжение концентрационных батарей. Ранее считалось, что такие батареи выдают менее 0,06 вольта, но ученые подняли показатель до 0,7 вольта — более чем в 10 раз. А в паре с обычными электродами водные батареи достигли 2,2–2,5 вольта (для сравнения: щелочная батарейка АА дает около 1,5 вольта).
Читать еще: Ученые получили доказательства существования новой формы материи — глюбола