乔世璋AM:AI筛选电解质添加剂助力锌离子电池

文摘   2024-11-21 07:35   广东  

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水系锌离子电池以其高比容量、安全、环保、低成本等特点获得了快速发展,并有望主导未来储能系统市场。然而,水系锌离子电池在充放电过程中,负极侧难以避免会出现枝晶生长、析氢和腐蚀等棘手问题,严重限制了电池的性能。在应对用于大规模储能的水系锌离子电池(AZIB)的稳定性挑战时,采用电解质添加剂成为一种切实可行的解决方案。
在此,阿德莱德大学乔世璋团队提出了一种数据驱动策略,即使用理论计算的表面自由能作为稳定性描述符,并以实验结果为基准。其中许多添加剂是根据现有文献计算得出的,形成了用于机器学习(ML)训练的数据库。
此外,该机器学习模型仅依赖于实验值,有效解决了量子化学计算难以处理的大型溶剂分子模型的挑战。总得来说,人工智能 (AI) 对添加剂分子进行分类,识别对增强电池稳定性影响最显着的区域。同时,作者通过实验验证成功证实了1,2,3-丁三醇和丙酮在最佳区域内的优异性能。
图1. 电解质添加剂表面自由能的ML预测
总之,该工作报告了一种人工智能辅助方法,用于筛选添加剂分子,以设计可增强 AZIB 稳定性的先进电解质系统。具体而言,作者通过以实验测量的库仑效率结果为基准立了一个完全覆盖 Zn(002) 表面的分子模型,并使用 DFT 计算其表面自由能作为 Zn 可逆性的可靠描述符。
结果显示,作者结合AI聚类方法对分子进行分类并识别AZIB中性能更好的分区。从最佳分配中,选择1,2,3-丁三醇和丙酮作为增强AZIB稳定性的有效添加剂分子,并成功地通过实验验证了其有效性。
因此,该工作很好地融合了DFT计算模拟、大规模实验数据分析和人工智能辅助设计,可扩展到其他分子设计相关系统,并指导未来电池电解质的发展。
图2. 不同添加剂对AZIBs的实验性能
AI-Driven Electrolyte Additive Selection to Boost Aqueous Zn-Ion Batteries Stability, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202411991

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