鎂電池可以比鋰儲(chǔ)存更多的能量。新材料使離子移動(dòng)得更快，這表明手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車的電池更小。

通過使結(jié)構(gòu)無(wú)定形使離子移動(dòng)得更快（圖片來源：Vijay Choyal）

當(dāng)今電子產(chǎn)品中的大多數(shù)電池，從智能手機(jī)到筆記本電腦再到電動(dòng)汽車，都使用鋰離子技術(shù)。但這些電池是有局限性的，因?yàn)樗鼈兊某叽绾椭亓恐荒軆?chǔ)存這么多能量。這就是為什么設(shè)備電量很快耗盡、充電需要時(shí)間以及電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程有限的原因。

IISc 的研究人員正在探索鎂電池作為解決方案。與鋰相比，鎂每個(gè)原子可以提供近兩倍的能量，因?yàn)槊總€(gè)鎂原子可以交換兩個(gè)電子，而鋰只能交換一個(gè)電子。但使鎂電池實(shí)用化一直很困難，因?yàn)楝F(xiàn)有的正極材料無(wú)法讓鎂離子有效移動(dòng)。

傳統(tǒng)上，電池陰極使用晶體材料，其中原子以嚴(yán)格的模式排列。鎂在這些結(jié)構(gòu)中移動(dòng)緩慢，這會(huì)減慢電池的速度。為了解決這個(gè)問題，Gautam Gopalakrishnan 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研究了無(wú)定形材料，這些材料具有無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)，可以像海綿一樣發(fā)揮作用，更容易吸收和釋放鎂離子。

研究人員創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)定形五氧化二釩陰極的計(jì)算模型，以觀察鎂離子在其內(nèi)部移動(dòng)的速度。為了有效地模擬這一點(diǎn)，他們結(jié)合了兩種方法，即密度泛函理論 （DFT），準(zhǔn)確但速度慢，分子動(dòng)力學(xué) （MD），速度更快，但精度較低。他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)來彌合差距，方法是在 DFT 數(shù)據(jù)上訓(xùn)練模型以運(yùn)行大規(guī)模 MD 模擬。

結(jié)果令人震驚：鎂離子在無(wú)定形陰極中的移動(dòng)速度比在最好的結(jié)晶材料中快約 100,000 倍。這可以顯著提高能量密度和充電速度。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在希望實(shí)驗(yàn)研究人員能夠在真實(shí)電池中測(cè)試這些材料，從而有可能為電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的更小、更強(qiáng)大的電池打開大門。