Metoda e mësimit të makinerive përshpejton zbulimin e materialeve të energjisë së gjelbër

Studiuesit në Universitetin Kyushu, në bashkëpunim me Universitetin e Osakës dhe Qendrën e Qeramikës së Bukur, kanë zhvilluar një kornizë që përdor mësimin e makinerive për të përshpejtuar zbulimin e materialeve për teknologjinë e energjisë së gjelbër. Duke përdorur qasjen e re, studiuesit identifikuan dhe sintetizuan me sukses dy materiale të reja kandidate për përdorim në qelizat e karburantit me oksid të ngurtë – pajisje që mund të gjenerojnë energji duke përdorur lëndë djegëse si hidrogjeni, të cilat nuk emetojnë dioksid karboni. Gjetjet e tyre, të cilat u raportuan në revistën, Advanced Energy Materials , mund të përdoren gjithashtu për të përshpejtuar kërkimin e materialeve të tjera novatore përtej sektorit të energjisë.

Si përgjigje ndaj ngrohjes së klimës, studiuesit kanë zhvilluar mënyra të reja për të gjeneruar energji pa përdorur lëndë djegëse fosile. “Një rrugë drejt neutralitetit të karbonit është krijimi i një shoqërie hidrogjeni. Megjithatë, përveç optimizimit të mënyrës sesi bëhet, ruhet dhe transportohet hidrogjeni, ne gjithashtu duhet të rrisim efikasitetin e gjenerimit të energjisë të qelizave të karburantit të hidrogjenit,” shpjegon profesori Yoshihiro Yamazaki, i Departamentit të Shkencës dhe Teknologjisë së Materialeve të Universitetit Kyushu, Platforma e Ndër- /Kërkimet Transdisiplinore të Energjisë (Q-PIT).

Për të gjeneruar një rrymë elektrike, qelizat e karburantit me oksid të ngurtë duhet të jenë në gjendje të përcjellin në mënyrë efikase jonet e hidrogjenit (ose protonet) përmes një materiali të ngurtë, të njohur si elektrolit. Aktualisht, kërkimi në materialet e reja elektrolite është fokusuar në oksidet me rregullime kristalore shumë specifike të atomeve, të njohura si një strukturë perovskite.

“Oksidi i parë përçues i protonit i zbuluar ishte në një strukturë perovskite dhe perovskite të reja me performancë të lartë raportohen vazhdimisht”, thotë profesor Yamazaki. “Por ne duam të zgjerojmë zbulimin e elektroliteve të ngurta në okside jo-perovskite, të cilat gjithashtu kanë aftësinë për të përcjellë protonet në mënyrë shumë efikase.”

Megjithatë, zbulimi i materialeve përçuese të protonit me struktura alternative kristalore nëpërmjet metodave tradicionale të “provës dhe gabimit” ka kufizime të shumta. Që një elektrolit të fitojë aftësinë për të përcjellë protone, në materialin bazë duhet të shtohen gjurmë të vogla të një substance tjetër, të njohur si dopant. Por me shumë kandidatë premtues bazë dhe dopant – secili me veti të ndryshme atomike dhe elektronike – gjetja e kombinimit optimal që rrit përçueshmërinë e protonit bëhet e vështirë dhe kërkon kohë.

Në vend të kësaj, studiuesit llogaritën vetitë e oksideve dhe substancave të ndryshme. Më pas ata përdorën mësimin e makinerive për të analizuar të dhënat, për të identifikuar faktorët që ndikojnë në përçueshmërinë e protonit të një materiali dhe për të parashikuar kombinimet e mundshme.

Të udhëhequr nga këta faktorë, studiuesit më pas sintetizuan dy materiale premtuese, secila me struktura unike kristalore dhe vlerësuan se sa mirë përçonin protonet. Çuditërisht, të dy materialet demonstruan përçueshmëri të protonit në vetëm një eksperiment të vetëm.

Një nga materialet, theksuan studiuesit, është përçuesi i parë i protonit i njohur me një strukturë kristalore silenite. Tjetra, e cila ka një strukturë eulitit, ka një shteg përçueshmërie protonike me shpejtësi të lartë që është e dallueshme nga shtigjet e përcjelljes që shihen në perovskit. Aktualisht, performanca e këtyre oksideve si elektrolite është e ulët, por me eksplorim të mëtejshëm, ekipi hulumtues beson se përçueshmëria e tyre mund të përmirësohet.

“Kuadri ynë ka potencialin të zgjerojë në masë të madhe hapësirën e kërkimit për oksidet që përcjellin proton, dhe për këtë arsye të përshpejtojë ndjeshëm përparimet në qelizat e karburantit të oksidit të ngurtë. Është një hap premtues përpara drejt realizimit të një shoqërie hidrogjeni,” përfundon profesori Yamazaki. “Me modifikime të vogla, kjo kornizë mund të përshtatet edhe në fusha të tjera të shkencës së materialeve dhe potencialisht të përshpejtojë zhvillimin e shumë materialeve inovative.”