近日，加拿大國家工程院院士、鴻基創(chuàng)能科技（廣州）有限公司董事長兼首席技術(shù)官、廣州大學(xué)特聘教授、廣東院士聯(lián)合會會員葉思宇團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子陶瓷電池領(lǐng)域的研究又取得了重要突破，他們投稿于 Advanced Energy Materials 和 Advanced Functional Materials 的研究論文在同一天被接收！這也是近兩年該團(tuán)隊(duì)在此方向繼AM、AEM、InfoMat、AFM、Nano Energy等學(xué)科交叉研究成果后的又一重磅之作！
全球可持續(xù)化發(fā)展依賴于化石能源低碳化，零碳能源規(guī)模化和多種能源加速融合。氫能是21世紀(jì)極具發(fā)展前景的二次能源，獲得高效綠氫制備及利用技術(shù)是當(dāng)今能源革新的關(guān)鍵。而電解水制氫是獲取氫能的重要途徑之一。質(zhì)子陶瓷電池（PCCs）在電解水制氫方面獨(dú)具優(yōu)勢，其可在400-700 °C下運(yùn)行，具有無需使用貴金屬、效率高、與可再生能源聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)。然而，PCCs 電化學(xué)性能的提升受到空氣極反應(yīng)活性和離子傳導(dǎo)的限制，理想的空氣極應(yīng)具備高催化活性、高穩(wěn)定性以及高混合質(zhì)子（H?）、氧離子（O2?）和電子（e?）導(dǎo)電性，但目前缺乏滿足此多功能的高性能空氣極材料。傳統(tǒng)的研究方法存在成本高、效率低等問題，機(jī)器學(xué)習(xí)在材料科學(xué)的應(yīng)用中已展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，特別是在處理復(fù)雜數(shù)據(jù)集和高維變量關(guān)系方面，為傳統(tǒng)方法難以企及的研究內(nèi)容提供了全新的解決方案。因此，研究團(tuán)隊(duì)通過引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)指導(dǎo)空氣極的開發(fā)，取得了顯著成效，為高性能PCC空氣極材料的設(shè)計(jì)研究提供理論指導(dǎo)。
?論文一：研究人員構(gòu)建了一個基于XGBoost算法的高精度機(jī)器學(xué)習(xí)模型，預(yù)測了La1?xA′xBO3（A′ = Na, K, Ca, Mg, Ba, Cu等）鈣鈦礦氧化物的質(zhì)子吸收能力（HPC）。通過對784種鈣鈦礦氧化物的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和10次重復(fù)的10折交叉驗(yàn)證（如圖1），模型成功篩選出具有最高HPC的La0.8Ba0.2CoO3（LBC）作為候選材料。隨后，通過DFT計(jì)算和實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了LBC的HPC值。電池測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無論在燃料電池模式和電解池模式，PCC的電化學(xué)性能都處于先進(jìn)水平。
圖1.：XGBoost 算法的一般結(jié)構(gòu)，以及10倍交叉驗(yàn)證重復(fù)圖。?
?論文二：
該研究設(shè)計(jì)了新型高熵鈣鈦礦氧化物 La(Co0.2Cu0.2Fe0.2Ni0.2Me0.2)O3-δ（Me = Al、Mn、Cr）。這種設(shè)計(jì)將高熵效應(yīng)引入到傳統(tǒng)的 ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，為開發(fā)高性能電極材料提供了新的思路。論文作者通過對新材料進(jìn)行水合能力、催化活性、熱膨脹系數(shù)、電化學(xué)性能等方面的表征，確認(rèn)了其作為空氣極的優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)。該材料在高Zr電解質(zhì)BaZr0.4Ce0.4Y0.1Yb0.1O3-δ（BZCYYb6211）基PCC電池中的電流密度也仍然處于領(lǐng)先地位（如圖2），為 PCCs及其他能源轉(zhuǎn)換設(shè)備提供了高性能電化學(xué)催化劑的設(shè)計(jì)策略。
圖2：在高Zr電解質(zhì)基燃料電池和電解池模式下的電化學(xué)性能。
原文始發(fā)于微信公眾號（中科清研科學(xué)技術(shù)研究院）：葉思宇院士團(tuán)隊(duì)在材料類高水平期刊發(fā)表學(xué)科交叉研究論文
