- 萨里大学开发了包含 28 种材料的钠离子电池数据库。
- 钠的丰富性使钠离子电池成为重要技术发展。
- 研究团队利用机器学习加速钠离子电池材料的开发。
- 含钛材料在经过 100 次循环后仍保留超过 90% 的容量。
萨里大学的研究人员已开发出一个包含 28 种材料的数据库，以协助识别更佳的钠离子电池建材候选者。该数据库有助于寻找替代材料，以取代传统的锂离子电池，因为锂资源相对稀缺且分布不均。萨里大学化学与化学工程学院的讲师及该研究的通讯作者丹尼尔·科曼杜尔表示：“我们高度依赖锂离子电池，但锂资源相对稀缺且在全球分布不均。”他指出，钠离子电池正逐渐成为一种可靠的替代技术；然而，仍需进一步分析以改善其在重复充电循环中的表现及储能能力。
他补充道：“钠的丰富性使得钠离子电池成为一项重要的技术发展。”
钠离子电池的潜力
团队探讨了如何通过改变钠锰氧化物的化学成分来改善其作为阴极的性能。这一关键电池组件决定了电池可以储存多少能量以及其运作的效率。在调查过程中，他们创建了一个由 28 种不同金属成分组成的数据库，并比较其在钠离子电池中的性能。这一系列材料是通过用不同金属的变化量替代锰而制成的，包括铁、钛和钒。研究发现，铁可提升储能能力，钒可改善循环稳定性，而少量的钛则可增强高倍率性能。
一些含钛材料在经过 100 次充放电循环后仍保留超过 90% 的容量。
机器学习加速材料探索
团队一致认为，找到能提供最佳性能的材料是一大挑战。为了探索合适的替代材料，研究人员开发了一种自动化方法，以分析实验产生的数据。他们利用实验中生成的数据集训练机器学习模型。科曼杜尔表示：“这项工作是建立更大数据集的第一步，这对于机器学习指导材料的搜索至关重要，帮助我们更快速地识别有前景的材料，加快更佳钠离子电池的开发。”
研究人员表示，扩大数据集最终将使人工智能在材料生产和实验之前预测有前景的电池组成。但目前的数据库仍然太小，无法进行可靠的预测。扩展方法至更广泛的阴极材料，可能生成所需的大型高质量数据集，以加速新电池材料的发现。随着时间的推移，这将帮助科学家设计针对特定需求的钠离子阴极，例如更高的储能、更快的充电或更长的使用寿命。该研究的共同首席作者、太空工程博士生伊登·马克斯表示：“最引人注目的是相对较小的成分变化如何影响材料的储能能力、高速性能及耐用性之间的平衡。
绘制这些关系让我们对下一步的探索有了更清晰的方向。”
这些研究结果已发表在《材料化学期刊》的新研究中。
项目 规格 数据库材料数量 28 种 钠离子电池特点 相对丰富的钠资源、潜在的高储能能力 实验中含钛材料的容量保留率 超过 90%（经过 100 次循环）
钠离子电池的未来发展方向
随着锂资源的稀缺，钠离子电池的研究愈发重要。萨里大学的研究团队通过建立包含 28 种材料的数据库，探索钠离子电池的潜力，并利用机器学习技术加速材料的发现过程。这不仅能提升钠离子电池的性能，还有助于满足市场对高性能电池的需求。随着数据集的扩大，未来有望设计出更具针对性的钠离子阴极材料，推动可持续能源技术的发展。