材料多尺度計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)是新材料設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段，在揭示材料本征特性與宏觀性能的內(nèi)在關(guān)系方面具有優(yōu)勢。就電池材料而言，電化學(xué)性能包含了能量密度、倍率性能、循環(huán)性能等多因素。如何通過這些方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電池材料性能的有效計(jì)算與模擬，對電池材料設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化十分重要。
近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員劉建軍團(tuán)隊(duì)從電池材料中電化學(xué)反應(yīng)焓變對可變參數(shù)（如電荷轉(zhuǎn)移數(shù)、離子遷移反應(yīng)坐標(biāo)、副反應(yīng)焓變等）微分的電化學(xué)活性計(jì)算模型出發(fā)，構(gòu)建了多尺度方法和機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合的計(jì)算電化學(xué)方法，并確定了電化學(xué)性能計(jì)算的邊界條件。利用這種計(jì)算電化學(xué)方法，可以實(shí)現(xiàn)電池材料能量密度與倍率性能有效預(yù)測，并能通過與機(jī)器學(xué)習(xí)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電池循環(huán)性能的有效預(yù)測。相關(guān)工作發(fā)表在WIREs Computational Molecular Science上。
固體電解質(zhì)是全固態(tài)電池的重要組成，需要滿足高離子電導(dǎo)率與電化學(xué)穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算電化學(xué)方法，首次發(fā)現(xiàn)一種陽離子與陰離子互為五配位多面體堆積的材料Li3NbO4。與傳統(tǒng)晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)四配位與六配位不同，該[LiO5]與[NbO5]五配位結(jié)構(gòu)，拓寬了Li+離子的遷移通道，具有低的離子遷移勢壘（0.39V）與高的離子電導(dǎo)率（3.3×10-2S/cm），電化學(xué)窗口達(dá)到了4.38V。相關(guān)工作發(fā)表在ACS Energy Letters上。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目和上海市科委等的支持。
