Японские ученые изучали органические ионные пластические кристаллы (OIPC), потенциально пригодные для использования в качестве твердых электролитов в устройствах хранения энергии.
Твердотельные аккумуляторы, являясь альтернативой батареям с жидким электролитом, обладают повышенной производительностью и электрохимической устойчивостью. Также стоит отметить, что их производство обходится дешевле (так как литий не встречается во высококонцентрированных месторождениях, что делает его добычу дорогостоящей), и они не подвержены утечке или возгоранию при перегрузке.
Растущий рынок электротранспорта стимулирует спрос на эти «топливные баки», поскольку для электромобилей и электробусов требуются компактные и производительные батареи. Благодаря использованию подобных устройств, транспортные средства станут легче и, как следствие, более маневренными.
Информационные технологии позволяют химикам прогнозировать появление новых материалов с высокой емкостью и надежными характеристиками, устанавливая связь между структурой вещества и его свойствами. В частности, ученые из Университета Софии (Токио) разработали обучающий набор данных, представленный в виде математических объектов — графов.
В базу данных были внесены новые данные об OIPC, полученные из открытых источников, включая уникальные химические структуры, пропорции компонентов и температуру измерения. Для анализа этих данных и прогнозирования ионной проводимости потенциальных веществ использовалась графовая нейронная сеть.
Анализ данных показал, что точность прогнозирования возрастает при рассмотрении структур, имеющих общие черты. В качестве таких структур были выбраны катионы пирролидина (C4H9N), производные которых содержат значительный объем обучающих данных. После этого материаловеды получили восемь новых соединений: шесть из них представляют собой твердые вещества (OIPC) при комнатной температуре, а два – жидкости.
Данное вещество показало выдающийся результат: его ионная проводимость достигает 1,75 × 10−4 сименс на сантиметр при температуре 25 °C. На основании этого исследования ученые пришли к заключению, что OIPC обладают значительным потенциалом для использования в качестве твердотельных электролитов, хотя и требуют дальнейшего совершенствования характеристик. Исследователи из Университета Софии планируют продолжить применение экспериментальных исследований в сочетании с методами молекулярной динамики для более детального изучения связи между структурой и свойствами перспективных ионных проводников.
Результаты исследования представлены в журнале ACS Applied Electronic Materials.