Индийские ученые разработали алгоритм, способный прогнозировать рабочее напряжение материалов для аккумуляторных батарей за доли секунды. Технология призвана ускорить вывод на рынок натрий-ионных аккумуляторов, которые рассматриваются отраслью как более дешевая альтернатива традиционным литиевым элементам питания.
Сегодня на рынке электроники и электромобилей доминируют литий-ионные батареи. Запасы лития в природе ограниченны, а его добыча требует значительных затрат. Натрий является доступным и недорогим сырьем, однако поиск стабильных, долговечных и высоковольтных материалов для катодов натриевых батарей до сих пор был медленным и ресурсозатратным процессом. Из-за этого натриевые аккумуляторы пока уступают литиевым по плотности энергии.
Исследователи из Индо-корейского центра науки и технологий в Бангалоре и Исследовательского института устойчивой энергетики в Калькутте предложили решать эту проблему методами машинного обучения. Команда обучила глубокую нейронную сеть на массиве из более чем 4300 материалов, присвоив каждому из них сотни физико-химических дескрипторов.
Новая модель вычисляет среднее напряжение соединения, избавляя инженеров от необходимости проводить длительные квантово-механические симуляции. Как указано в исследовании, опубликованном в журнале «Small Methods», средняя абсолютная погрешность алгоритма на незнакомых данных составляет всего 0,24 вольта.
Разработчики применили алгоритм на практике, спроектировав серию новых слоистых оксидных катодов для натрий-ионных батарей с высокими показателями напряжения и стабильности. Прогнозы нейросети совпали с результатами сложных вычислений теории функционала плотности с точностью до 1–2 процентов. Расхождение с экспериментальными данными для уже существующих коммерческих материалов составило в среднем около 0,05 вольта.
Подобный подход позволяет отсеивать неудачные химические соединения на раннем этапе вычислительного процесса, оставляя для лабораторных тестов только самые перспективные варианты.
«Такое проектирование станет основой для создания эффективных натрий-ионных батарей, – отмечают авторы работы С. Бхаттачарджи и Джи Пи Дас. – Мы предвидим их масштабное использование в сетевых хранилищах, электрической мобильности и возобновляемой энергетике». Разработчики ожидают, что открытие в скором времени найдет коммерческое применение и окажет заметное влияние на мировой рынок накопителей энергии.
