Разработка полимерных твёрдых электролитів может снизить вес электротранспорту

Новости МирТесен

Японские ученые изучали органические ионные пластические кристаллы (OIPC), потенциально пригодные для использования в качестве твердых электролитов в устройствах хранения энергии.

Аккумуляторы с использованием твердого электролита являются перспективной заменой традиционным батареям на жидкой основе благодаря их улучшенным характеристикам и устойчивости к химическим воздействиям. Помимо этого, они могут оказаться более экономичными (из-за относительно ограниченных запасов лития, что удорожает его извлечение) и безопасными – исключается риск утечек или возгорания 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 предоставляют химикам возможность предсказывать появление новых материалов с высокой емкостью и надежностью, благодаря способности выявлять взаимосвязи между молекулярным строением вещества и его характеристиками. В частности, специалисты из Университета Софии в Токио разработали обучающий комплекс данных, представленных в виде математических моделей – графов.

В существующую базу данных были включены дополнительные сведения об OIPC из общедоступных ресурсов: уникальные химические формулы, пропорции составляющих компонентов и условия проведения измерений. Для анализа этих веществ и прогнозирования скорости перемещения ионов ученые использовали графовую нейронную сеть.

Полученные результаты свидетельствуют о повышении точности предсказаний при анализе структур, обладающих сходством. Для этой цели ученые выбрали катионы пирролидина (C4H9N), производные которых были широко представлены в обучающем наборе данных. После этого материаловеды получили восемь новых соединений: шесть из них оказались твердыми веществами (OIPC) при обычной температуре, а два – жидкостями.

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.