Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kyushu, phối hợp với Đại học Osaka và Trung tâm Gốm sứ Mỹ, đã phát triển một khuôn khổ sử dụng học máy để tăng tốc độ khám phá vật liệu cho công nghệ năng lượng xanh.
Nguồn: Đại học Kyushu/phòng thí nghiệm Yamazaki
Bằng cách sử dụng phương pháp mới, các nhà nghiên cứu đã xác định và tổng hợp thành công hai vật liệu ứng cử viên mới để sử dụng trong pin nhiên liệu oxit rắn – những thiết bị có thể tạo ra năng lượng bằng cách sử dụng nhiên liệu như hydro, loại nhiên liệu không thải ra carbon dioxide.
Phát hiện của họ, được báo cáo trên tạp chí Vật liệu Năng lượng Tiên tiến, cũng có thể được sử dụng để đẩy nhanh việc tìm kiếm các vật liệu cải tiến khác ngoài lĩnh vực năng lượng.
Để đối phó với tình trạng khí hậu ấm lên, các nhà nghiên cứu đã phát triển những cách mới để tạo ra năng lượng mà không cần sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Giáo sư Yoshihiro Yamazaki của Trường Đại học California giải thích: “Một con đường dẫn đến sự trung hòa carbon là tạo ra một xã hội hydro. Tuy nhiên, ngoài việc tối ưu hóa cách sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro, chúng ta cũng cần tăng hiệu suất tạo ra năng lượng của pin nhiên liệu hydro”. Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu của Đại học Kyushu, Nền tảng Nghiên cứu Năng lượng Liên ngành/Liên ngành (Q-PIT).
Để tạo ra dòng điện, pin nhiên liệu oxit rắn cần có khả năng dẫn các ion hydro (hoặc proton) một cách hiệu quả thông qua một vật liệu rắn, được gọi là chất điện phân. Hiện nay, nghiên cứu về vật liệu điện phân mới tập trung vào các oxit có sự sắp xếp tinh thể rất đặc biệt của các nguyên tử, được gọi là cấu trúc perovskite.
Giáo sư Yamazaki cho biết: “Oxit dẫn proton đầu tiên được phát hiện có cấu trúc perovskite và các perovskite hiệu suất cao mới liên tục được báo cáo”. “Nhưng chúng tôi muốn mở rộng việc khám phá các chất điện phân rắn sang các oxit không chứa perovskite, những chất này cũng có khả năng dẫn proton rất hiệu quả”.
Tuy nhiên, việc khám phá các vật liệu dẫn proton có cấu trúc tinh thể thay thế thông qua các phương pháp “thử và sai” truyền thống có rất nhiều hạn chế.
Để chất điện phân đạt được khả năng dẫn proton, một lượng nhỏ chất khác, được gọi là chất pha tạp, phải được thêm vào vật liệu cơ bản. Nhưng với nhiều ứng cử viên bazơ và tạp chất đầy hứa hẹn – mỗi ứng cử viên có tính chất nguyên tử và điện tử khác nhau – việc tìm ra sự kết hợp tối ưu giúp tăng cường độ dẫn proton trở nên khó khăn và tốn thời gian.
Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã tính toán tính chất của các oxit và chất tạp chất khác nhau. Sau đó, họ sử dụng máy học để phân tích dữ liệu, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn proton của vật liệu và dự đoán các kết hợp tiềm năng.
Được hướng dẫn bởi các yếu tố này, các nhà nghiên cứu sau đó đã tổng hợp hai vật liệu đầy hứa hẹn, mỗi vật liệu có cấu trúc tinh thể độc đáo và đánh giá xem chúng dẫn proton tốt như thế nào. Điều đáng chú ý là cả hai vật liệu đều thể hiện tính dẫn điện của proton chỉ trong một thí nghiệm duy nhất.
