Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нову фізичну модель, яка пояснює, як протони рухаються всередині оксидів металів.

Це відкриття може прискорити створення матеріалів для паливних елементів, електролізерів та інших технологій відновлюваної енергетики, де протони можуть замінити літій як носії електричного заряду.

Попит на літій стрімко зростає через розвиток електромобілів і систем зберігання енергії, що призводить до подорожчання цього ресурсу, а також викликає занепокоєння щодо безпеки та впливу на довкілля. У цьому контексті протони привертають дедалі більшу увагу науковців. Вони є найпростішими носіями заряду, оскільки складаються лише з ядра атома водню, але їх ефективне використання залежить від здатності матеріалів забезпечувати їхню мобільність.

Наразі протони можуть ефективно переносити заряд в оксидах металів лише за температур вище приблизно 400 °C. Відтворити таку провідність за нижчих температур досі було складно, що обмежувало практичне застосування протонних технологій.

У своїй роботі вчені з MIT з’ясували, що ключову роль у русі протонів відіграє гнучкість підрешітки іонів кисню. Усередині оксидів протони тимчасово зв’язуються з іонами кисню, формуючи ковалентні зв’язки, а потім «перестрибують» до сусідніх іонів через водневі зв’язки. Цей процес значною мірою залежить від того, наскільки легко змінюється відстань між іонами кисню під час теплових коливань кристалічної ґратки.

Команда під керівництвом професора Більге Йилдиз кількісно оцінила цю властивість, назвавши її флуктуацією O… O, та проаналізувала сім ключових параметрів, що впливають на протонну провідність. На основі отриманих даних дослідники навчили модель штучного інтелекту прогнозувати поведінку протонів у різних матеріалах. Модель показала, що коротша довжина водневого зв’язку та вища гнучкість кисневої підрешітки суттєво покращують перенесення протонів.

За словами авторів, результати можуть бути використані не лише для відбору перспективних матеріалів, а й для створення нових сполук за допомогою генеративного штучного інтелекту. Це відкриває шлях до більш енергоефективних пристроїв чистої енергетики та обчислювальних систем із низьким енергоспоживанням.

Источник: techno.nv.ua