U suvremenom svijetu, jedan od ključnih zadataka znanosti o materijalima jest razvoj novih materijala koji mogu odgovoriti na globalne potrebe, poput ostvarivanja cilja Neto nula emisija. U tom kontekstu, značajan napredak ostvarili su znanstvenici s Sveučilišta u Liverpoolu, otkrivši čvrsti materijal koji brzo provodi litijeve ione. Ovaj pronalazak ima potencijal revolucionarizirati tehnologiju litij-ionskih baterija koje napajaju električna vozila i brojne elektroničke uređaje.

Novi materijal se sastoji od netoksičnih elemenata koji su obilno dostupni na Zemlji i posjeduje dovoljno visoku provodljivost litijevih iona da bi mogao zamijeniti tekuće elektrolite u trenutnoj tehnologiji litij-ionskih baterija. Time bi se povećala sigurnost i energetski kapacitet baterija.

Istraživački tim Sveučilišta u Liverpoolu primijenio je transformativni znanstveni pristup za dizajniranje ovog materijala, sintetiziravši ga u laboratoriju, odredio njegovu strukturu (raspored atoma u prostoru) i demonstrirao njegovu upotrebu u ćeliji baterije.

Ovaj materijal spada među rijetke čvrste materijale koji ostvaruju dovoljno visoku provodljivost litijevih iona za zamjenu tekućih elektrolita i funkcionira na novi način zahvaljujući svojoj strukturi.

Otkriće je postignuto kroz suradnički računalni i eksperimentalni rad, koristeći umjetnu inteligenciju i fizikalne izračune za podršku odlukama koje su donosili stručnjaci za kemiju na Sveučilištu.

Novi materijal pruža platformu za optimizaciju kemije kako bi se dodatno poboljšala svojstva samog materijala, te za identifikaciju drugih materijala na temelju novog razumijevanja koje pruža ova studija.

Profesor Matt Rosseinsky, s Odsjeka za kemiju Sveučilišta u Liverpoolu, istaknuo je da ovo istraživanje demonstrira dizajn i otkriće materijala koji je istovremeno nov i funkcionalan. Struktura ovog materijala mijenja prethodno razumijevanje o tome kako izgleda visokoučinkovit čvrsti elektrolit.

Posebno se naglašava da čvrste tvari s različitim okruženjima za mobilne ione mogu vrlo dobro funkcionirati, a ne samo mali broj čvrstih tvari gdje postoji vrlo uski raspon ionskih okruženja. To značajno širi kemijski prostor dostupan za daljnja otkrića.

U radu se također ističe kako su nedavni izvještaji i medijska pokrivenost najavili upotrebu alata umjetne inteligencije za pronalazak potencijalno novih materijala, gdje AI alati rade neovisno i stoga su skloni rekreirati materijale na koje su obučeni na različite načine, generirajući materijale koji bi mogli biti vrlo slični poznatima.

Za razliku od toga, ova studija pokazuje kako AI i računala kojima upravljaju stručnjaci mogu rješavati složeni problem otkrivanja materijala u stvarnom svijetu, gdje se traže značajne razlike u sastavu i strukturi čiji utjecaj na svojstva se procjenjuje na temelju razumijevanja.

Ovaj inovativni pristup dizajnu nudi novi put za otkrivanje ovih i drugih visokoučinkovitih materijala koji se oslanjaju na brzo kretanje iona u čvrstim tvarima.

Rad pod naslovom "Superionski transport litija putem višestrukih koordinacijskih okruženja definiranih pakiranjem dva aniona" objavljen je u časopisu Science.

Studija je rezultat zajedničkog rada istraživača s Odsjeka za kemiju, Inovacijskog centra za materijale, Leverhulmeovog istraživačkog centra za dizajn funkcionalnih materijala, Stephensonovog instituta za obnovljivu energiju, Albert Crewe centra i Škole inženjerstva Sveučilišta u Liverpoolu.

Rad je financiran od strane Vijeća za inženjerske i fizičke znanosti (EPSRC), Leverhulmeove zaklade i Faraday Instituta.

Izvor: University of Liverpool