Jednym z największych wyzwań stojących przed nauką o materiałach jest projektowanie i odkrywanie nowych materiałów, które odpowiadają globalnym priorytetom, takim jak Net Zero.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu odkryli stały materiał, który szybko przewodzi jony litu. Takie elektrolity litowe są niezbędnymi składnikami akumulatorów zasilających pojazdy elektryczne i wiele urządzeń elektronicznych.
Nowy materiał, składający się z nietoksycznych pierwiastków bogatych w ziemię, ma wystarczająco wysoką przewodność litowo-jonową, aby zastąpić ciekłe elektrolity w obecnej technologii akumulatorów litowo-jonowych, poprawiając bezpieczeństwo i pojemność energetyczną.
Stosując transformacyjne podejście naukowe do zaprojektowania materiału, interdyscyplinarny zespół badawczy z Uniwersytetu zsyntetyzował materiał w laboratorium, określił jego strukturę (rozmieszczenie atomów w przestrzeni) i zademonstrował go w ogniwie baterii.
Nowy materiał jest jednym z bardzo niewielkiej liczby materiałów stałych, które osiągają przewodność jonów litu na tyle wysoką, że mogą zastąpić ciekłe elektrolity, a dzięki swojej strukturze działają w nowy sposób.
Odkrycia dokonano dzięki wspólnemu procesowi obliczeniowemu i eksperymentalnemu, w którym wykorzystano sztuczną inteligencję i obliczenia oparte na fizyce do wspierania decyzji podejmowanych przez ekspertów w dziedzinie chemii na uniwersytecie.
Nowy materiał stanowi platformę do optymalizacji składu chemicznego w celu dalszej poprawy właściwości samego materiału i identyfikacji innych materiałów w oparciu o nową wiedzę uzyskaną w wyniku badania.
Profesor Matt Rosseinsky z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Liverpoolu powiedział: „Badanie to demonstruje zaprojektowanie i odkrycie materiału, który jest zarówno nowy, jak i funkcjonalny. Struktura tego materiału zmienia wcześniejsze zrozumienie, czym jest wysokowydajny półprzewodnikowy elektrolit wygląda.
„W szczególności ciała stałe o wielu różnych środowiskach dla ruchomych jonów mogą działać bardzo dobrze, a nie tylko niewielka liczba ciał stałych, w których występuje bardzo wąski zakres środowisk jonowych. To radykalnie otwiera przestrzeń chemiczną dostępną dla dalszych odkryć.
Ostatnie doniesienia i doniesienia medialne zwiastują wykorzystanie narzędzi AI do wyszukiwania potencjalnie nowych materiałów. W takich przypadkach narzędzia AI działają niezależnie, dlatego prawdopodobnie na różne sposoby odtworzą to, czego się nauczyły, generując materiały, które mogą być bardzo podobne do znanych.
„Ten artykuł badawczy pokazuje, że sztuczna inteligencja i komputery kierowane przez ekspertów mogą stawić czoła złożonemu problemowi odkrywania materiałów w świecie rzeczywistym, w którym szukamy znaczących różnic w składzie i strukturze, których wpływ na właściwości ocenia się na podstawie zrozumienia”.
„Nasze przełomowe podejście do projektowania oferuje nową drogę do odkrycia tych i innych materiałów o wysokiej wydajności, które opierają się na szybkim ruchu jonów w ciałach stałych”.
Podjęte badanie było wspólnym wysiłkiem naukowców z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Liverpoolu, Fabryki Innowacji Materiałowych, Centrum Badawczego Leverhulme ds. Projektowania Materiałów Funkcjonalnych, Instytutu Energii Odnawialnej Stephensona, Centrum Alberta Crewe i Szkoły Inżynierskiej.
Prace zostały sfinansowane przez Radę ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi (EPSRC), fundusz Leverhulme Trust oraz Instytut Faradaya.