Аморфные материалы и ИИ: прорыв в создании батарей

Современные литий-ионные аккумуляторы являются основным источником питания для большинства электронных устройств, однако они обладают ограниченной энергетической плотностью — способностью накапливать энергию в определённом объёме или массе.

Для увеличения ёмкости без изменения габаритов необходимо исследовать альтернативные технологии энергонакопления, — отмечает специалист в области материаловедения.

Исследовательская группа изучила возможности ускорения движения ионов в магниевых батареях, которые потенциально обладают более высокой энергетической плотностью. В рамках нового исследования с применением машинного обучения было продемонстрировано, что использование аморфных материалов в качестве положительных электродов значительно повышает скорость передачи энергии. Результаты работы опубликованы в авторитетном научном издании.

В отличие от литиевых систем, где каждый атом передаёт один электрон, магниевые батареи позволяют обмениваться двумя электронами на атом, что теоретически удваивает энергоёмкость. Ключевой проблемой коммерциализации магниевых технологий остаётся отсутствие эффективных материалов для катодов, способных быстро поглощать и высвобождать ионы.

Традиционные кристаллические структуры с упорядоченным расположением атомов ограничивают подвижность магния. Создание аморфных, хаотичных материалов может кардинально изменить ситуацию, обеспечив более свободное движение ионов.

Команда разработала компьютерную модель аморфного пентоксида ванадия и проанализировала скорость перемещения магниевых ионов. Для сочетания точности и эффективности использовался гибридный подход: машинное обучение на основе данных density functional theory (DFT) и ускоренное моделирование molecular dynamics (MD).

Результаты показали улучшение скорости движения магния на пять порядков по сравнению с лучшими кристаллическими аналогами. Это открывает новые перспективы для создания высокоэффективных электродов.

Хотя аморфные материалы демонстрируют впечатляющие характеристики, их стабильность в реальных условиях требует дополнительных экспериментальных подтверждений. Исследователи надеются, что их работа стимулирует практические испытания и приблизит коммерческое применение магниевых батарей.