Более дешевая, более легкая версия литиевых батарей, используемых в ноутбуках и сотовых телефонах, может скоро стать доступной. Исследователи нашли способ заменить кобальт – самый дорогой компонент этих батарей – с алюминием. Новый материал, описанный в сегодняшней проблеме Природы, является первым в своем роде, чтобы быть разработанным с помощью теоретических вычислений, а не просто методом проб и ошибок.Батареи освобождают от обязательств электричество путем отправки потока электронов с положительного на отрицательный электрод, таким образом включения любого устройства, опускающегося в тот поток.
В литиевых батареях отрицательные электроды составлены из окиси лития и кобальта. Кобальт является дорогим, но ученые думали, что только металлы как кобальт могли удовлетворительно освободить от обязательств поток. Одна стратегия нахождения электрода замены состояла бы в том, чтобы произвести и проверить бесчисленные комбинации окисей металлического лития. Герд Цедер и его коллеги в Массачусетском технологическом институте хотели искать более направленным способом.
Вооруженный основными законами квантовой механики, они развили машинное моделирование, предсказавшее свойства различных материалов. Вычисления идентифицировали многообещающую замену: окись, сделанная прежде всего из лития и алюминия. Бригада синтезировала этот новый материал и экспериментально подтвердила их предсказания. Те работы алюминия поддерживают предыдущее их открытие, что кислород более важен, чем кобальт в принятии электронов от положительного электрода.
Работа является «чудесным» примером того, как теория может указать на эксперимент, говорит Дидье де Фонтэн, материаловед из Калифорнийского университета, Беркли, кто сделал новаторскую работу в вычислении свойств сложных материалов с нуля. Ceder и его коллеги говорят, что они уже развили различный материал, на основе того же подхода, который мог быть готов использовать в батарее меньше чем через год.