Штучний інтелект розробив суперконденсатор, який зберігає рекордну кількість енергії

Дослідники побудували модель штучної нейронної мережі та навчили її поставити чітку мету: розробити «матеріал мрії» для зберігання енергії. В результаті вуглецевий матеріал, спроектований ШІ, зберігає вчетверо більше енергії, ніж комерційні суперконденсатори.

Хіміки з Окріджської національної лабораторії Міністерства енергетики США розробили матеріал, що містить вуглець, з рекордною ємністю. Суперконденсатор, виготовлений з нового матеріалу, зможе зберігати більше енергії, ніж існуючі аналоги, і підійде для силової електроніки та допоміжних джерел живлення.

ШІ передбачив, що найбільша ємність вугільного електрода становитиме 570 фарад на грам, якщо вуглець буде спільно легований киснем та азотом.
На основі рекомендацій ШІ хіміки синтезували багатий киснем вуглецевий каркас для зберігання та транспортування заряду. Вугілля було активовано для створення більшої кількості пор та додавання функціональних хімічних груп у місцях реакцій окислення або відновлення.

Зазвичай у промисловості використовуються активатори, такі як гідроксид калію. Для їх використання потрібна висока температура близько 800°C, коли з матеріалу витісняється кисень. Хіміки розробили альтернативний процес із використанням аміду натрію. Ця речовина працює за більш низької температури, близько 600°C, і створює більше активних ділянок. Технологію виробництва дослідників описали у статті у Nature Communications.

Місткість отриманого матеріалу склала 611 фарад на грам. Це вчетверо вище, ніж у найкращих матеріалів, що використовуються у доступних на ринку комерційних суперконденсаторів. При цьому площа поверхні нового матеріалу була однією з найвищих серед аналогів, що містять вуглець — більше 4000 м2/г.

Ми досягли граничних характеристик вуглецевих матеріалів. Без цілі, поставленої машинним навчанням, ми продовжували б оптимізувати матеріали методом проб і помилок, не знаючи їх межі, – говорить Тао Ван, співавтор дослідження з Окріджської національної лабораторії Міністерства енергетики США