(相關(guān)資料圖)

9月5日，中國(guó)工程院院士、深圳大學(xué)特聘教授謝和平團(tuán)隊(duì)與香港理工大學(xué)教授倪萌、南京工業(yè)大學(xué)教授邵宗平在《自然—能源》發(fā)表研究成果。他們將機(jī)器學(xué)習(xí)、理論計(jì)算與陶瓷固體氧化物開(kāi)發(fā)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的陰極材料機(jī)器學(xué)習(xí)篩選技術(shù)，快速、有效地從龐大的鈣鈦礦組分中篩選高活性固體氧化物燃料電池陰極材料。

燃煤電廠受卡諾循環(huán)限制，單位發(fā)電量的煤炭消耗量較高，且難以破解二氧化碳排放的技術(shù)瓶頸。謝和平團(tuán)隊(duì)提出并正在攻關(guān)的近零碳排放直接煤燃料電池發(fā)電技術(shù)可打破卡諾循環(huán)限制，不通過(guò)燃燒，而是將改性煤炭的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)氧化過(guò)程直接轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)原位實(shí)現(xiàn)二氧化碳二次利用，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、實(shí)現(xiàn)近零碳排放的特點(diǎn)。

謝和平團(tuán)隊(duì)將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于針對(duì)固體氧化物燃料電池高活性陰極材料篩選的攻關(guān)研究。該研究引入了與高溫下鈣鈦礦氧化物氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率強(qiáng)烈相關(guān)的路易斯酸性強(qiáng)度（ISA）作為描述符，并驗(yàn)證了8種不同回歸模型的有效性。

最終，他們從機(jī)器自動(dòng)生成、預(yù)測(cè)的6871種不同鈣鈦礦氧化物中篩選出了4種鈣鈦礦陰極材料并成功合成。在三維可視化示意圖中，4種陰極材料的本性活性Lg（ASR）符合與ISA描述符的大致線性趨勢(shì)。通過(guò)弛豫時(shí)間分布（DRT）模型與等效電路模型對(duì)其電化學(xué)交流阻抗譜進(jìn)行分析與量化，4種鈣鈦礦氧化物陰極的中頻電阻呈現(xiàn)出較大差異，并且具有顯著的熱激活特征，即表面氧轉(zhuǎn)移相關(guān)過(guò)程為氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的決定步驟。

實(shí)驗(yàn)表征與密度泛函理論（DFT）計(jì)算闡明了鈣鈦礦氧化物路易斯酸性調(diào)控策略提升本征活性機(jī)理，揭示了路易斯酸性在A位和B位離子的極化分布引起電子對(duì)的偏移，進(jìn)而降低了氧空位的生成能和遷移能壘的機(jī)制。

據(jù)科研團(tuán)隊(duì)介紹，與高通量DFT計(jì)算方法相比，該方法無(wú)須建立分子模型，僅通過(guò)分子式對(duì)回歸模型進(jìn)行訓(xùn)練即可預(yù)測(cè)材料性能，打破了陰極材料開(kāi)發(fā)效率低的技術(shù)壁壘，未來(lái)發(fā)展還需要加快材料數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。（陳歡歡）