Водневе паливо пропонує шлях до чистої енергії, але практичне впровадження залежить від ефективних рішень для зберігання. Сучасні методи — резервуари високого тиску або кріогенне охолодження — споживають значну кількість енергії, зводячи нанівець екологічні переваги водню. Гідриди металів, матеріали, які оборотно поглинають і вивільняють водень, є багатообіцяючою альтернативою. Нещодавні дослідження з використанням нової платформи штучного інтелекту виявили фундаментальні атомні властивості, які визначають ефективність зберігання водню, потенційно прискоривши відкриття кращих матеріалів.
Цифрова платформа для водню: новий інструмент для матеріалознавства
Дослідники з Університету Тохока розробили цифрову платформу для водню (DigHyd), інфраструктуру ШІ, яка об’єднує понад 5000 ретельно підібраних експериментальних даних. Ця платформа в поєднанні з вдосконаленою мовною моделлю дозволяє точно прогнозувати продуктивність зберігання водню. Робота, опублікована в Chemical Science, знаменує собою зрушення в бік матеріалознавства, керованого даними.
Інтерпретований ШІ розкриває ключові атомні дескриптори
Дослідження систематично вивчало фізично інтерпретовані моделі, визначаючи атомну масу, електронегативність, молярну щільність і коефіцієнт заповнення іонами як критичні дескриптори ефективності зберігання водню. На відміну від непрозорих підходів машинного навчання чорної скриньки, регресійна модель білої скриньки DigHyd зберігає повну прозорість, показуючи як робляться прогнози. Така можливість інтерпретації дозволяє вченим зрозуміти чому певні матеріали є кращими за інші, спрямовуючи цілеспрямовані зусилля щодо проектування.
Фундаментальний компроміс у гідридах металів
Дослідження підтвердило давній компроміс у дизайні гідридів металів: легкі, електропозитивні сполуки демонструють високу ємність, але погано виділяють водень при кімнатній температурі, тоді як важчі перехідні метали вивільняють водень легше, але з меншою ємністю. Дивно, але сплави на основі берилію виявилися унікальними системами, здатними збалансувати ці суперечливі характеристики, пропонуючи як високу щільність зберігання, так і відповідну термодинамічну стабільність.
Прискорення відкриття матеріалів: нова парадигма
Ця робота встановлює масштабовану методологію для прискорення відкриття матеріалів у енергетичних дослідженнях. Підхід на основі дескрипторів пов’язує аналіз на основі даних із фізичним розумінням, забезпечуючи прозору основу для розробки матеріалів для зберігання водню великої ємності. Цей підхід можна поширити на складні сплави та пористі структури, відкриваючи шлях до безпечних, ефективних і нейтральних до вуглецю енергетичних технологій.
«Ця регресійна модель білого ящика не тільки робить точні прогнози, але й підтримує повну фізичну інтерпретацію», — пояснює Хао Лі, видатний професор Інституту сучасних матеріалів (WPI-AIMR) Університету Тохока.
Це дослідження знаменує собою важливий крок на шляху до подолання проблеми накопичення енергії, яка довгий час стримувала широке впровадження водню як чистого джерела палива. Поєднання аналізу на основі ШІ та фундаментального фізичного розуміння обіцяє прискорити розробку систем зберігання водню нового покоління.
