盖世汽车讯 从手机到电动汽车再到微电网，未来将是电池社会。然而，目前常见的锂离子电池需要使用昂贵的材料，而且液体电解质容易挥发。相比之下，固态电池是一种更安全的选择，可以容纳更多的能量，但如何有效利用其结构-性能关系，仍然是创造更好电池的重大障碍。

基于遗传算法寻找CTCH结构。（图片来源：东北大学）

据外媒报道，日本东北大学（Tohoku University）的先进材料研究所（WPI-AIMR）和日本材料研究所（Institute for Materials Research）的研究人员开发了一种框架，可以预测固态电解质的结构如何影响电池性能。

WPI-AIMR副教授Hao Li表示：“实现可持续未来的关键在于开发富有前景的储能设备。在过去的几十年里，在寻找‘超越锂’电池电解质方面有很多相关报道，尤其是二价密闭型复合氢化物（CTCH）电解质，有望成为有价值的替代选项，以克服锂离子技术的安全和能量密度问题。”

常见的电池由液体电解质和带相反电荷的金属电极组成。锂离子从带正电荷的电极扩散，并与带负电荷的电子上的碳结合。当能源被使用时，这一过程发生逆转。据介绍，CTCH电解质可以加速带正电荷离子在这个过程中的扩散速度。这种导电性提升是通过在CTCH的结构晶格中添加中性分子来实现的。

WPI-AIMR教授Shin-ichi Orimo表示：“含有中性分子的CTCH是一类很有前景但非常复杂的材料。这种电解质的性能及其结构-性能关系的关键决定因素一直是一个巨大的谜团，阻碍了对离子扩散机制的探索和高性能电池设计。”

为了应对这一挑战，研究人员将遗传算法（模仿自然选择的过程，以完善种群的主题）与计算模型（关于系统内的能量如何发挥作用）相结合。借助这个框架，研究人员可以预测向CTCH中添加中性分子将如何影响其性能。

在不使用任何实验信息来设置参数的情况下，该团队利用这一策略成功地预测了结构信息和扩散激活能，而且预测结果与实验观察结果几乎一致。Li表示：“基于这些结果，研究人员开发了强大的结构-性能关系，可以精地确预测二价CTCH的性能，并确定影响离子电导率的关键因素。这项研究为从接近零的信息开始构建复杂材料的精确结构性能图开辟了新途径。”

接下来，研究人员计划设计和筛选高性能且具成本效益的电解质，并利用该框架来深入了解其他类别的固态电解质。