Теперь исследователи Стэнфордского университета определили почти два десятка твердых электролитов, которые когда-нибудь смогут заменить летучие жидкости, используемые в смартфонах, ноутбуках и других электронных устройствах. Результаты, основанные на методах, адаптированных из искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения, опубликованы в журнале Energy. Наука об окружающей среде.Смотрите видео: https://youtu.be/j4IBN9oi9_E«Электролиты перемещают ионы лития между положительным и отрицательным электродами батареи», — сказал ведущий автор исследования Остин Сендек, докторант прикладной физики и первый автор статьи. «Жидкие электролиты дешевы и хорошо проводят ионы, но они могут загореться при перегреве батареи или коротком замыкании из-за прокола».
Возгорание аккумуляторов привело к недавнему отзыву почти 2 миллионов смартфонов Samsung Galaxy Note7, что является последним в серии широко разрекламированных отказов литий-ионных аккумуляторов.«Главное преимущество твердых электролитов — стабильность», — сказал Сендек. «Твердые вещества гораздо реже взрываются или испаряются, чем органические растворители.
Они также намного более жесткие и делают батарею более прочной».Поиск твердых телНесмотря на годы лабораторных проб и ошибок, исследователям еще предстоит найти недорогой твердый материал, который работал бы так же хорошо, как жидкие электролиты при комнатной температуре.
Вместо случайного тестирования отдельных соединений команда обратилась к искусственному интеллекту и машинному обучению для построения прогнозных моделей на основе экспериментальных данных. Они обучили компьютерный алгоритм, чтобы научиться определять хорошие и плохие соединения на основе существующих данных, подобно тому, как алгоритм распознавания лиц учится определять лица после просмотра нескольких примеров.«Количество известных литийсодержащих соединений исчисляется десятками тысяч, подавляющее большинство из которых не проверено», — сказал Сендек. «Некоторые из них могут быть отличными проводниками.
Мы разработали вычислительную модель, которая учится на ограниченных данных, которые у нас уже есть, а затем позволяет нам отбирать потенциальных кандидатов из огромной базы данных материалов примерно в миллион раз быстрее, чем существующие методы проверки».Чтобы построить модель, Сендек потратил более двух лет на сбор всех известных научных данных о твердых соединениях, содержащих литий.«Остин собрал всю мудрость человечества об этих материалах, а также многие измерения и экспериментальные данные за десятилетия», — сказал Эван Рид, доцент кафедры материаловедения и инженерии и старший автор статьи. «Он использовал эти знания для создания модели, которая может предсказать, будет ли материал хорошим электролитом. Такой подход позволяет проверить полный спектр материалов-кандидатов, чтобы определить наиболее перспективные материалы для дальнейшего изучения».
Критерии отбораМодель использовала несколько критериев для отбора перспективных материалов, включая стабильность, стоимость, изобилие и их способность проводить ионы лития и перенаправлять электроны через цепь батареи.Кандидаты были отобраны из The Materials Project, базы данных, которая позволяет ученым исследовать физические и химические свойства тысяч материалов.«Мы проверили более 12 000 литийсодержащих соединений и получили 21 многообещающий твердый электролит», — сказал Сендек. «Проведение проверки заняло всего несколько минут.
Подавляющее большинство моего времени фактически было потрачено на сбор и обработку всех данных, а также на разработку показателей для определения достоверности прогнозов модели».В конечном итоге исследователи планируют протестировать 21 материал в лаборатории, чтобы определить, какие из них лучше всего подходят для реальных условий.«Наш подход может решить многие проблемы с материалами и повысить эффективность инвестиций в исследования в этих областях», — сказал Рид. «По мере увеличения объема данных в мире и совершенствования компьютеров наша способность к инновациям будет расти в геометрической прогрессии.
Будь то батареи, топливные элементы или что-то еще, это действительно захватывающее время для работы в этой области».