Um dos grandes desafios para a ciência dos materiais é a concepção e descoberta de novos materiais que abordem prioridades globais como Net Zero.
Em artigo publicado na revista Science, pesquisadores da Universidade de Liverpool descobriram um material sólido que conduz rapidamente íons de lítio. Esses eletrólitos de lítio são componentes essenciais nas baterias recarregáveis que alimentam veículos elétricos e muitos dispositivos eletrônicos.
Consistindo em elementos não tóxicos abundantes na terra, o novo material tem condutividade de íons de lítio alta o suficiente para substituir os eletrólitos líquidos na atual tecnologia de baterias de íons de lítio, melhorando a segurança e a capacidade energética.
Utilizando uma abordagem científica transformadora para conceber o material, a equipa de investigação interdisciplinar da Universidade sintetizou o material em laboratório, determinou a sua estrutura (a disposição dos átomos no espaço) e demonstrou-o numa célula de bateria.
O novo material faz parte de um número muito pequeno de materiais sólidos que atingem uma condutividade de íons de lítio alta o suficiente para substituir eletrólitos líquidos e opera de uma nova maneira devido à sua estrutura.
Sua descoberta foi alcançada por meio de um fluxo de trabalho computacional e experimental colaborativo que utilizou IA e cálculos baseados em física para apoiar decisões tomadas por especialistas em química da Universidade.
O novo material fornece uma plataforma para a otimização da química para melhorar ainda mais as propriedades do próprio material e para identificar outros materiais com base no novo entendimento fornecido pelo estudo.
O professor Matt Rosseinsky, do Departamento de Química da Universidade de Liverpool, disse:”Esta pesquisa demonstra o design e a descoberta de um material que é novo e funcional. A estrutura deste material muda a compreensão anterior do que é um estado sólido de alto desempenho eletrólito se parece.
“Especificamente, sólidos com muitos ambientes diferentes para os íons móveis podem ter um desempenho muito bom, não apenas o pequeno número de sólidos onde há uma faixa muito estreita de ambientes iônicos. Isso abre dramaticamente o espaço químico disponível para futuras descobertas.
Relatórios recentes e cobertura mediática anunciam a utilização de ferramentas de IA para encontrar materiais potencialmente novos. Nestes casos, as ferramentas de IA funcionam de forma independente e, portanto, são suscetíveis de recriar aquilo em que foram treinadas de várias maneiras, gerando materiais que podem ser muito semelhantes aos conhecidos.
“Este artigo de pesquisa de descoberta mostra que a IA e os computadores comandados por especialistas podem resolver o complexo problema da descoberta de materiais no mundo real, onde buscamos diferenças significativas na composição e estrutura cujo impacto nas propriedades é avaliado com base na compreensão.”
“Nossa abordagem de design disruptivo oferece um novo caminho para a descoberta desses e de outros materiais de alto desempenho que dependem do movimento rápido de íons em sólidos”.
O estudo realizado foi um esforço combinado entre pesquisadores do Departamento de Química da Universidade de Liverpool, Fábrica de Inovação de Materiais, Centro de Pesquisa Leverhulme para Design de Materiais Funcionais, Instituto Stephenson de Energia Renovável, Centro Albert Crewe e Escola de Engenharia.
O trabalho foi financiado pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), pelo Leverhulme Trust e pela Faraday Institution.
