科技日報(bào)記者 張夢然

美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室與多家合作機(jī)構(gòu)共同演示了一種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，旨在發(fā)現(xiàn)適用于薄膜電容器的新型材料。這一進(jìn)展對于電氣化和可再生能源技術(shù)來說至關(guān)重要，因?yàn)楸∧る娙萜魇沁@些領(lǐng)域中不可或缺的組件。研究團(tuán)隊(duì)使用這項(xiàng)技術(shù)從接近5萬種化學(xué)結(jié)構(gòu)中篩選出了一種性能破紀(jì)錄的化合物。研究成果發(fā)表在最新的《自然·能源》雜志上。

盡管電池在可再生能源應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，但靜電薄膜電容器同樣扮演關(guān)鍵角色。這些設(shè)備由兩片導(dǎo)電金屬之間的絕緣材料構(gòu)成，能夠利用施加的電場快速充放電，提供比電池更快的能量響應(yīng)。薄膜電容器用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量，例如通過抑制紋波電流和平滑電壓波動，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全及可靠運(yùn)行。

聚合物作為薄膜電容器的理想絕緣材料，因其重量輕、柔韌性好以及在電場下的耐久性而備受青睞。不過，它們在高溫環(huán)境下通常表現(xiàn)欠佳，這會削弱其絕緣性并影響整體效能。傳統(tǒng)上，研究人員采用試錯法尋找高性能聚合物，每次僅能合成和評估少量候選材料。

為了加快探索過程，團(tuán)隊(duì)開發(fā)并訓(xùn)練了一套基于前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，用以評估包含近5萬種聚合物的庫，以找到那些既耐高溫、又能在強(qiáng)電場下保持高儲能密度且易于合成的材料。這些模型識別出了3種特別有前景的聚合物。

隨后，團(tuán)隊(duì)采用“點(diǎn)擊化學(xué)”技術(shù)來高效合成這3種聚合物。這種技術(shù)允許分子結(jié)構(gòu)塊快速連接形成高質(zhì)量產(chǎn)品。

在伯克利實(shí)驗(yàn)室的分子鑄造廠，他們利用這些新材料制備了薄膜電容器，并對其進(jìn)行了詳細(xì)評估。結(jié)果顯示，這些聚合物及其制成的電容器表現(xiàn)出色，特別是其中一種聚合物，它所制成的電容器展示了前所未有的耐熱性、絕緣性能、能量密度和效率。進(jìn)一步的測試也證實(shí)了這些電容器擁有卓越的材料品質(zhì)、操作穩(wěn)定性和耐用性。