Японские учёные изучают органические ионные пластиковые кристаллы, которые могут использоваться в качестве твердых электролитов для накопителей энергии.
Твердотельные аккумуляторы представляют собой альтернативу батареям с жидким электролитом благодаря высокой производительности и электрохимической стабильности. Стоимость таких аккумуляторов ниже, поскольку литий добывается дорого из-за отсутствия высококонцентрированных месторождений. Кроме того, твердотельные аккумуляторы не поддаются утечке или воспламенению при перегрузке.
Потребность в таких «топливных баках» увеличивается вместе с развитием рынка электротранспорта, которому необходимы компактные и мощные батареи. Электромобили или электробусы с этими устройствами должны стать легче и маневреннее.
Информационные технологии помогают химикам прогнозировать новые высокоемкие и безопасные материалы, устанавливая корреляцию между структурой вещества и его свойствами. Например, исследователи из Университета Софии (Токио) создали обучающий набор данных в виде математических объектов — графов.
В существующую базу добавили новые сведения об OIPC из открытых источников: уникальные химические структуры, соотношение компонентов, температуру измерения. Для работы с ними и предсказания ионной проводимости веществ-кандидатов ученые использовали графовую нейронную сеть.
Эксперимент доказал, что точность прогнозирования увеличивается при рассмотрении подобных друг другу структур. Исследователи выбрали катионы пирролидина (C4H9N), положительно заряженные ионы, производные которых имелись в большом количестве обучающих данных. Затем материаловеды синтезировали восемь новых соединений: шесть из них оказались твердыми (OIPC) при комнатной температуре, а два — жидкостями.
Вещество показало высокую ионную проводимость — 1,75 × 10−4 сименс на сантиметр при температуре 25 °C. Ученые считают OIPC перспективными твердотельными электролитами, но их свойства нуждаются в улучшении. Коллектив Университета Софии продолжит исследования с использованием экспериментальных методов и молекулярной динамики для выяснения связи между структурой и свойствами потенциальных ионных проводников.
Результаты исследования представлены в журнале ACS Applied Electronic Materials.