Соучрежденный и направленный ученым Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Кристин Перссон (Berkeley Lab), Проект Материалов использует суперкомпьютеры, чтобы вычислить свойства материалов на основе первых принципов механические квантом структуры. Это было начато в 2011 Офисом американского Министерства энергетики (DOE) Науки.В 2012 САМКА основала Совместный Центр Аккумулирования энергии Resarch (JCESR), энергетического Инновационного Центра САМКИ, который значительно увеличил Проект Материалов с новыми моделированиями электродов батареи следующего поколения и жидких органических электролитов.«Эта значительная сумма точных данных, выпущенных через Проект Материалов, окажет глубокое и длительное влияние на научное сообщество батареи», заявил директор JCESR Джордж Крэбтри. «Это – яркий пример способа, которым Berkeley Lab и другие партнеры JCESR делятся научными знаниями, чтобы продвинуть научную границу».
Идея позади Проекта Материалов состоит в том, что он может сэкономить время исследователей, предсказывая свойства материала, не будучи должен синтезировать материалы сначала в лаборатории. Это может также предложить новые материалы кандидата, которые ранее не выдумали экспериментаторы.
С легким в использовании веб-интерфейсом пользователи могут искать расчетные свойства, такие как напряжение, способность, ширина запрещенной зоны и плотность, для десятков тысяч материалов.Выпуск данных включает два новых приложенияДва набора данных были выпущены в прошлом месяце: почти 1 500 комплексов занялись расследованиями для multivalent электродов прибавления и больше чем 21 000 органических молекул, важных для жидких электролитов, а также массы других приложений исследования. Батареи с multivalent катодами (у которых есть многократные электроны за мобильный ион, доступный для передачи обвинения) обещают кандидатам на сокращение стоимости и достижение более высокой плотности энергии, чем что доступный с текущей литий-ионной технологией.
Чистый объем и объем данных беспрецедентны, сказал Перссон, который является также преподавателем в Отделе УКА Беркли Материаловедения и Разработки. «До multivalent катодов нет ничего подобного в мире, который существует», сказала она. «Чтобы дать Вам общее представление, экспериментаторы обычно в состоянии сосредоточиться на одном из этих материалов за один раз. Используя вычисления, мы добавили данные по 1 500 различным составам».В то время как другие исследовательские группы сделали свои данные общедоступными, что делает Проект Материалов настолько полезным, инструменты онлайн, чтобы искать все те данные. Недавний выпуск включает два новых веб-приложения – Исследователя Молекул и Окислительно-восстановительную Приборную панель Батареи Потока – плюс добавление к веб-приложению Исследователя Батареи, позволяющему исследователям работать с другими ионами в дополнение к литию.
«Не только делают мы даем данные свободно, мы также даем алгоритмы и программное обеспечение, чтобы интерпретировать или искать по данным», сказал Перссон.Окислительно-восстановительное приложение для Батареи Потока дает научные параметры, а также техноэкономические, таким образом, проектировщики батареи могут быстро исключить молекулу, которая могла бы работать хорошо, но быть предельно дорогой. Приложение Исследователя Молекул будет полезно для исследователей далеко вне сообщества батареи.
«Для multivalent батарей настолько трудно получить хорошие экспериментальные данные», сказал Перссон. «Вычисления обеспечивают богатые и прочные оценки, чтобы оценить, измеряют ли эксперименты на самом деле действительный процесс прибавления или реакцию стороны, которая является особенно трудной для multivalent энергетической технологии, потому что есть столько проблем с тестированием этих батарей».Новые данные привели к новому открытиюВместе с Перссоном, ученым Berkeley Lab Джербрэндом Седером, постдокторским партнером Мяо Лю и аспирантом MIT Цзыцинь Жуном, Проектная группа Материалов исследовала некоторые более многообещающие материалы подробно для высокой multivalent подвижности иона, которая является самой трудной собственностью достигнуть в этих катодах.
Это привело команду к материалам, известным как thiospinels. Один из этих thiospinels имеет дважды способность в настоящее время известных multivalent катодов и был недавно синтезирован и проверен в лаборатории исследователем JCESR Линдой Назар из Университета Уотерлу, Канада.«Эти материалы могут не работать хорошо в первый раз, когда Вы делаете их», сказал Перссон. «Вы должны быть постоянными; например, Вам, вероятно, придется сделать материал очень фазой чистый или меньший, чем конкретный размер частицы, и Вы должны проверить их при условиях, которыми очень управляют.
Есть люди, которые на самом деле попробовали этот материал прежде и отказались от него, потому что они думали, что он не работал особенно хорошо. Сила вычислений и метрик дизайна, которые мы раскрыли с их помощью, состоит в том, что она вселяет в нас веру, чтобы продолжать пробовать».Исследователи смогли удвоить энергетическую способность того, что было ранее достигнуто для этого вида multivalent батареи. Исследование было опубликовано в энергии журнала & Науке об окружающей среде в названной статье, «Высокая производительность Катод Thiospinel для Батарей Mg».
«Новая multivalent батарея работает действительно хорошо», сказал Перссон. «Это – значительный шаг вперед и превосходное доказательство понятия для вычислительных предсказаний как ценный новый инструмент для исследования батареи».Рост каждый день
Проект Материалов привлек больше чем 20 000 пользователей начиная с запуска пять лет назад. Каждый день приблизительно 20 новых пользователей регистрируются, и 300 – 400 человек авторизовались, чтобы провести исследование.
Один из тех пользователей – Дейн Морган, преподаватель разработки в Висконсинском университете в Мадисоне, который развивает новые материалы для широкого спектра заявлений, включая очень активные катализаторы для топливных элементов, устойчивые катоды эмитента электрона функции низкой работы для мощных микроволновых устройств и эффективные, недорогие, и экологически безопасные солнечные материалы.«Проект Материалов позволил часть самого увлекательного исследования в моей группе», сказал Морган. «Обеспечивая легкий доступ к огромной базе данных, а также инструменты, чтобы обработать те данные для термодинамических предсказаний, Проект Материалов позволил моей группе быстро взять дизайн-проекты материалов, которые были бы препятствующие всего несколько лет назад».Больше материалов вычисляется и добавляется к базе данных каждый день. Через два года Перссон ожидает, что другая находка данных будет опубликована.
«Это – способ достигнуть значительной части научного сообщества, достигнуть студентов, в то время как они – все еще наука учебного материала», сказала она. «Это – обучающий инструмент. Это – научный инструмент. Это беспрецедентно».
Супервычислительные группы при Национальном энергетическом Исследовании Научный Вычислительный центр (NERSC), Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства, принятого в Berkeley Lab, обеспечивают инфраструктуру для Проекта Материалов.