Исследователи из Университета Суррея (Великобритания) сделали первый шаг к созданию материалов для натрий-ионных аккумуляторов с помощью искусственного интеллекта. Они собрали библиотеку из 28 различных химических составов и использовали полученные данные для обучения модели машинного обучения - алгоритма, который находит закономерности в больших массивах информации. Работа опубликована в Journal of Materials Chemistry A.

Натрий-ионные батареи считаются перспективной заменой привычным литий-ионным: натрия в природе гораздо больше, и он распространён шире, чем литий. Однако главное препятствие для их массового использования - улучшение ёмкости (сколько энергии батарея может запасти) и стабильности при многократной зарядке и разрядке.

В новом исследовании учёные меняли химический состав оксида натрия-марганца - материала, который служит катодом (положительным электродом). Катод во многом определяет, сколько энергии способна удержать батарея и как долго она проработает. В 28 образцах часть марганца заменили разным количеством железа, титана и ванадия, а затем сравнили, как каждый вариант показал себя в натрий-ионных элементах.

Результаты показали статистическую связь: добавление железа было связано с более высокой ёмкостью, ванадий улучшал устойчивость к повторным циклам заряда-разряда, а небольшие количества титана повышали производительность при высоких скоростях заряда. Некоторые составы с титаном сохранили более 90% ёмкости после 100 циклов. Подчёркиваем: это корреляция, а не доказательство причинно-следственной связи - сами по себе наблюдения не гарантируют, что именно эти добавки вызывают улучшения.

Чтобы разобраться в большом объёме данных, команда разработала автоматизированный подход к анализу. Полученный набор использовали для тренировки модели машинного обучения. Сейчас библиотека слишком мала для надёжных предсказаний, но её расширение в перспективе может позволить ИИ предлагать новые составы ещё до того, как их синтезируют и проверят в лаборатории.

"Мы сильно зависим от литий-ионных аккумуляторов, но запасы лития относительно скудны и неравномерно распределены по миру. Натрия гораздо больше, поэтому натрий-ионные батареи - важная технология для развития, - говорит доктор Дэниел Коммандер, преподаватель Школы химии и химической инженерии и один из авторов работы. - Задача - найти материалы с нужными характеристиками. Наша работа - первый шаг к созданию больших наборов данных, которые позволят машинному обучению ускорить этот поиск".

Соавтор исследования, аспирантка Эден Маркс, отметила: "Больше всего впечатлило, как относительно небольшие изменения состава смещают баланс между ёмкостью, работой на высоких скоростях и долговечностью. Карта этих взаимосвязей помогает понять, куда двигаться дальше".

В будущем расширение библиотеки составов может помочь учёным подбирать катоды под конкретные задачи - будь то большая ёмкость, быстрая зарядка или долгий срок службы. Пока же речь идёт о лабораторных образцах, а не о готовом коммерческом продукте.

Источник: Tech Xplore