Химия

Ученые из Японии исследовали органические ионные пластические кристаллы (OIPC), которые можно было бы применять в качестве твердых электролитов в накопителях энергии.

Твердотельные аккумуляторы как альтернатива батареям на основе жидкого электролита отличаются высокой производительностью и электрохимической стабильностью. Кроме того, они стоят дешевле (литий не имеет высококонцентрированных месторождений, поэтому его добыча довольно дорога) и не подвержены утечке или воспламенению при перегрузке.

Спрос на подобные «топливные баки» растет пропорционально развитию рынка электротранспорта, где особенно нужны компактные и в то же время мощные батареи. Ожидается, что и сами электромобили или электробусы, оснащенные такими устройствами, станут легче, а значит, маневреннее.

Прогнозировать новые высокоемкие и безопасные материалы химикам помогают информационные технологии, позволяющие устанавливать корреляцию между структурой вещества и его свойствами. Так, исследователи из Университета Софии (Токио) создали обучающий набор данных, структурированных в виде математических объектов — графов.

К существующей базе они добавили новые сведения об OIPC из открытых источников, то есть уникальные химические структуры, соотношение компонентов, температуру измерения. Для работы с ними и предсказания ионной проводимости веществ-кандидатов ученые задействовали графовую нейронную сеть.

Эксперимент показал, что точность прогнозирования становится выше, если рассматриваются схожие между собой структуры. В качестве таковых исследователи выбрали катионы (положительно заряженные ионы) пирролидина (C4H9N), чьи производные содержали во множестве обучающие данные. Затем материаловеды синтезировали восемь новых соединений: шесть из них оказались твердыми (OIPC) при комнатной температуре, а два — жидкостями.

Одно вещество продемонстрировало впечатляющий результат — ионную проводимость на уровне 1,75 × 10−4 сименс на сантиметр при температуре 25 °C. Из этого ученые сделали вывод, что OIPC имеют большие перспективы в качестве твердотельных электролитов, однако их свойства необходимо улучшать. Научный коллектив Университета Софии продолжит сочетать экспериментальные методы и молекулярную динамику, чтобы глубже понять взаимосвязь между структурой и свойствами потенциальных ионных проводников.

Результаты исследования представлены в журнале ACS Applied Electronic Materials.