Ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) представили в журнале Progress in Materials Science амбициозное решение проблемы дефицита сырья для энергетической отрасли. Исследователи предложили заменить традиционные редкие и дорогостоящие металлы в составе аккумуляторов на доступные органические соединения, в частности нафталин и антрацен. Такой подход поможет не только значительно снизить зависимость от импорта материалов, но и заметно уменьшить углеродный след при промышленном производстве накопителей энергии.
Авторы работы поясняют, что полициклические ароматические углеводороды обладают особыми электронными свойствами, которые делают их крайне перспективными для задач хранения энергии. Важным преимуществом этих соединений перед привычным графитом является возможность гибкой настройки молекул под конкретные эксплуатационные требования. Это открывает прямой путь к созданию следующего поколения аккумуляторов на базе возобновляемого сырья.
В ходе исследования команда также изучила возможность применения углеводородов для процедуры предварительной металлизации электродов. Этот метод успешно устраняет распространенную проблему потери емкости на первых циклах работы батареи. Ускорить поиск наиболее подходящих молекул помогает машинное обучение: химическое пространство полициклических ароматических углеводородов огромно и насчитывает миллионы потенциально эффективных структур.
Илья Чепкасов, первый автор научной работы, отмечает:
Мы показали, что обычные ароматические соединения, такие как нафталин или антрацен, способны работать не хуже, а в некоторых случаях и лучше дорогих синтетических материалов. Их главное преимущество — это возможность точной настройки электрохимических свойств с помощью введения атомов других элементов или функциональных групп. Это открывает путь к созданию аккумуляторов, в которых ключевые компоненты будут синтезироваться из возобновляемого сырья.
Руководитель научной группы Александр Квашнин добавил, что машинное обучение стало повсеместным стандартом при разработке новых систем накопления энергии. За последние пару лет оно превратилось из экспериментальной методики в повседневный рабочий инструмент для профильных специалистов.
