Самые известные устройства накопления энергии — батареи. Они преобразуют химическую энергию в электрическую и отлично хранят ее. Напротив, конденсаторы накапливают энергию в виде электрического поля и не могут аккумулировать столько, сколько батареи на единицу объема, но не теряют способность держать заряд после многочисленных циклов. Суперконденсаторы, которые устанавливают, например, в электробусы, могут накопить больше заряда, чем просто конденсаторы, и быстрее, чем батареи, разряжаются и заряжаются.
Состоят суперконденсаторы из двух электродов, разделенных и погруженных в электролит. Электроды обычно изготавливают из пористого углерода, обеспечивающего большую площадь поверхности для хранения электростатического заряда. С помощью метода машинного обучения специалисты Национальной лаборатории в Ок-Ридже создали модель ИИ для разработки «идеального материала» для электродов, сообщает Phys.org.
Модель предсказала, что наивысшее емкостное сопротивление для углеродного электрода может составлять 570 фарад на грамм, если легировать его кислородом и азотом. Синтезировав материал по предложенному рецепту, ученые проверили его и установили, что его емкость даже больше предсказанной — 611 фарад на грамм. Это в четыре раза больше, чем у обычного материала, из которого изготавливают суперконденсаторы.
Вторым условием успеха стала идея сочетания двух типов пор в углеродистом материале: мезопоры диаметром от 2 до 50 нм и микропор менее 2 нм. Площадь поверхности оказалась одной из самых больших для таких материалов — свыше 4000 кв. м на грамм. Кроме того, в ходе экспериментального анализа химики обнаружили, что сочетание мезопор и микропор обеспечивает не только наибольшую площадь поверхности, но и каналы для транспорта электролитов.
Исследование обладает большим потенциалом для ускорения развития и оптимизации электродов для суперконденсаторов, убеждены авторы. Теперь у ученых больше данных для дальнейшего обучения моделей ИИ, занимающихся поиском новых материалов.
Швейцарский стартап Morand разработал год назад новую технологию накопления энергии, позволяющую заряжать электромобили почти в два раза быстрее — за 72 секунды. Правда, пока сравнительно небольшие по емкости батареи. Помимо скорости зарядки новое устройство — гибрид обычной батареи и суперконденсатора — служит намного дольше, чем литий-ионный аккумулятор.
