Алхимия алгоритмов: ИИ помогает создавать конденсаторы, которые переживут ад и холод

Учёные из лаборатории Беркли сделали важный шаг в разработке новых материалов для плёночных конденсаторов, которые имеют ключевое значение для электротранспорта и современной энергетики. С помощью передовых методов машинного обучения им удалось найти идеальное вещество с рекордными характеристиками.

Руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории Беркли И Лиу, отметил, что для успешного перехода на возобновляемые источники необходимы более эффективные и надёжные соединения для конденсаторов, чем те, что используются сегодня. Программа на базе машинного обучения позволяет быстро и точно находить подходящие варианты среди огромного количества формул .

ИИ проанализировал огромную библиотеку из почти 50 000 химических структур. В результате удалось выявить несколько материалов, которые способны выдерживать высокие температуры, сильные электрические поля, обладают высокой плотностью хранения энергии и при этом остаются простыми в производстве.

Конденсаторы, в отличие от аккумуляторов, не зависят от химических реакций. Они используют электрические поля для быстрой зарядки и разрядки энергии, что делает их важным компонентом для стабильной работы сложных энергетических систем. Плёночные конденсаторы, в частности, необходимы для сглаживания колебаний напряжения и защиты электрических цепей от перепадов тока.

Исследователи сосредоточились на разработке полимеров — лёгких и гибких материалов, которые обладают высокой устойчивостью к электричеству. Для этого они использовали нейронные сети прямого распространения (feedforward neural networks), которые определяли ключевые параметры химических веществ быстро и точно.

В ходе экспериментов были идентифицированы три особенно перспективных полимера. Один из них — полисульфат с повторяющейся единицей 9,9-ди(нафталин)-флуорена — показал выдающиеся свойства. При температуре 200 °C он сохранял более 90% эффективности и продемонстрировал отличную устойчивость к циклическим нагрузкам.

Новый метод основан на принципах так называемой «щелочной химии обмена сернистого фторида». На базе Молекулярного фонда лаборатории Беркли учёные изготовили опытные образцы плёночных конденсаторов из разработанных полимеров. Испытания этих образцов показали их выдающиеся электрические и термические характеристики.

Опубликованная в журнале Nature Energy работа показывает, что интеграция машинного обучения в материаловедении открывает путь к созданию сверхнадёжных компонентов для работы в экстремальных условиях. Эти исследования могут стать основой для новой эры в производстве конденсаторов для электротранспорта, энергосистем и других высокотехнологичных отраслей.