Химики из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали углеродосодержащий материал с рекордной емкостью. Суперконденсатор, изготовленный из нового материала, сможет хранить больше энергии, чем существующие аналоги, и подойдет для силовой электроники и вспомогательных источников питания.
Исследователи построили модель искусственной нейронной сети и обучили ее, чтобы поставить четкую цель: разработать «материал мечты» для хранения энергии. Система предсказала, что наибольшая емкость угольного электрода составит 570 фарад на грамм, если углерод будет совместно легирован кислородом и азотом.
На основе рекомендаций ИИ химики синтезировали богатый кислородом углеродный каркас для хранения и транспортировки заряда. Уголь был активирован для создания большего количества пор и добавления функциональных химических групп в местах реакций окисления или восстановления.
Обычно в промышленности используются активаторы, такие как гидроксид калия. Для их использования требуется высокая температура около 800 °C, при которой из материала вытесняется кислород. Химики разработали альтернативный процесс с использованием амида натрия. Это вещество работает при более низкой температуре, около 600 °C, и создает больше активных участков. Технологию производства исследователи описали в статье в Nature Communications.
Емкость полученного материала составила 611 фарад на грамм. Это в четыре раза выше, чем у лучших материалов, используемых в доступных на рынке коммерческих суперконденсаторов. При этом площадь поверхности у нового материала была одной из самых высоких среди аналогов, содержащих углерод — более 4 000 м²/г.
Мы достигли предельных характеристик углеродных материалов. Без цели, поставленной машинным обучением, мы бы продолжали оптимизировать материалы методом проб и ошибок, не зная их предела.
Тао Ван, соавтор исследования из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США
Читать далее:
Найдена монета в древнеримском театре: она сильно впечатлила ученых
Посмотрите на «сердце» Млечного Пути на снимках телескопа «Джеймс Уэбб»
Зоологи поняли, зачем летучим мышам нужен гигантский пенис
На обложке: иллюстрация ИИ проектирующего идеальный суперконденсатор. Изображение: Tao Wang, ORNL, U.S. Dept. of Energy