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據(jù)外媒報道，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員和國際合作伙伴利用包括可解釋機(jī)器學(xué)習(xí)模型在內(nèi)的計(jì)算方法，開發(fā)出一種新型高熵合金，不僅具有更好的儲氫性能，而且可以直接在實(shí)驗(yàn)室合成和驗(yàn)證。
針對特定用例優(yōu)化的固態(tài)儲氫材料可能是氫經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素。然而，多年來，新型氫化材料的開發(fā)一直是由化學(xué)直覺或?qū)嶒?yàn)試錯驅(qū)動的手動過程。數(shù)據(jù)驅(qū)動的材料發(fā)現(xiàn)范式提供了傳統(tǒng)方法的替代方案，其中機(jī)器/統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí) (ML) 模型用于有效篩選材料以獲得所需的特性，并顯著減少昂貴/耗時的第一性原理建模和實(shí)驗(yàn)的范圍。
桑迪亞團(tuán)隊(duì)成員包括Vitalie Stavila、Mark Allendorf、Matthew Witma 和 Sapan Agarwal。 Witman說：“我們特別關(guān)注一種相對較新的儲氫材料，即高熵合金 (HEA) 氫化物。其巨大的組合成分空間和局部結(jié)構(gòu)無序需要一種不依賴于精確晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法來進(jìn)行性能預(yù)測。我們的ML模型可以在大HEA空間中快速篩選氫化物穩(wěn)定性，并允許根據(jù)目標(biāo)熱力學(xué)性質(zhì)和次要標(biāo)準(zhǔn)（例如合金相穩(wěn)定性和密度）進(jìn)行選擇以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證?！?/span>
他還表示：“人們對儲氫研究，以及氫與不同材料相互作用的熱力學(xué)值數(shù)據(jù)庫做了大量研究。借助現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫、各種機(jī)器學(xué)習(xí)等計(jì)算工具，以及最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ覀兂闪⒘艘粋€國際合作團(tuán)隊(duì)來共同開展這項(xiàng)工作，我們證明了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)確實(shí)可以模擬氫與金屬相互作用時發(fā)生的復(fù)雜物理和化學(xué)現(xiàn)象?！?/span>
通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的建模預(yù)測熱力學(xué)特性可以快速提高研究速度，機(jī)器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建和訓(xùn)練成功后，只需幾秒鐘就可以執(zhí)行，因此可以快速篩選新的化學(xué)空間：在這種情況下，有600種材料顯示了儲氫的可能性。
馬克·艾倫多夫說：“這個項(xiàng)目只需要 18 個月就可以完成。如果沒有機(jī)器學(xué)習(xí)，可能需要幾年時間。以前，材料從實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)到商業(yè)化需要大約20年的時間，所以這個發(fā)現(xiàn)非常重要?！?/span>
斯塔維拉表示，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氫通過不同材料時，這些高熵合金氫化物可以實(shí)現(xiàn)自然級聯(lián)壓縮。傳統(tǒng)上，氫氣的壓縮是通過機(jī)械過程完成的。這一發(fā)現(xiàn)可能對氫燃料電池加氣站的小規(guī)模制氫產(chǎn)生重大影響。
在海平面大氣條件下產(chǎn)生的氫氣壓力約為1巴。燃料電池充電站的氫氣必須具有800巴或更高的壓力，才能以700巴的氫氣分配給燃料電池氫汽車。
Stavila描述了一個具有多層不同合金的儲罐。當(dāng)氫氣被泵入罐中時，第一層會在氣體通過材料時對其進(jìn)行壓縮。第二層通過不同合金的所有層進(jìn)一步壓縮氣體，依此類推。
Vitalie Stavila說：“當(dāng)氫氣通過這些金屬層時，它會在沒有機(jī)械作用的情況下逐漸加壓。理論上，你可以泵入1 bar的氫氣并排放800 bar，這也是氫氣充電站所需要的壓力“。Agarwal說，團(tuán)隊(duì)該模型仍在改進(jìn)中，但由于該數(shù)據(jù)庫已通過能源部公開，一旦獲得更好的理解，機(jī)器學(xué)習(xí)可能有助于在材料科學(xué)等許多領(lǐng)域取得突破。
往期精選回顧;
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