Une méthode d'apprentissage automatique accélère la découverte de matériaux énergétiques verts
Les chercheurs abandonnent le "tâtonnement" et se tournent vers l'apprentissage automatique
Des chercheurs de l'université de Kyushu, en collaboration avec l'université d'Osaka et le Fine Ceramics Center, ont mis au point un cadre qui utilise l'apprentissage automatique pour accélérer la découverte de matériaux destinés à la technologie des énergies vertes. Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs ont identifié et synthétisé avec succès deux nouveaux matériaux candidats à une utilisation dans les piles à combustible à oxyde solide - des dispositifs qui peuvent générer de l'énergie à partir de combustibles tels que l'hydrogène, qui n'émettent pas de dioxyde de carbone. Leurs conclusions, publiées dans la revue Advanced Energy Materials, pourraient également être utilisées pour accélérer la recherche d'autres matériaux innovants en dehors du secteur de l'énergie.
La couche conductrice de protons que l'on trouve actuellement dans les piles à combustible à oxyde solide est généralement constituée d'une structure pérovskite (à gauche). Grâce à l'apprentissage automatique, une équipe de recherche dirigée par l'université de Kyushu a identifié deux nouveaux matériaux, avec des structures cristallines différentes (au centre et à droite), qui peuvent également conduire les protons.
Kyushu University/Yamazaki lab
Face au réchauffement climatique, les chercheurs ont mis au point de nouveaux moyens de produire de l'énergie sans utiliser de combustibles fossiles. "La création d'une société de l'hydrogène est l'une des voies vers la neutralité carbone. Cependant, outre l'optimisation de la production, du stockage et du transport de l'hydrogène, nous devons également améliorer l'efficacité de la production d'énergie des piles à hydrogène", explique le professeur Yoshihiro Yamazaki, du département de science et de technologie des matériaux de l'université de Kyushu, plate-forme de recherche inter-transdisciplinaire sur l'énergie (Q-PIT).
Pour générer un courant électrique, les piles à combustible à oxyde solide doivent pouvoir conduire efficacement les ions hydrogène (ou protons) à travers un matériau solide, appelé électrolyte. Actuellement, la recherche de nouveaux matériaux électrolytiques s'est concentrée sur les oxydes présentant des arrangements cristallins d'atomes très spécifiques, connus sous le nom de structure pérovskite.
"Le premier oxyde conducteur de protons découvert était une structure pérovskite, et de nouvelles pérovskites très performantes sont continuellement signalées", explique le professeur Yamazaki. "Mais nous voulons étendre la découverte d'électrolytes solides aux oxydes non pérovskites, qui ont également la capacité de conduire les protons de manière très efficace.
Cependant, la découverte de matériaux conducteurs de protons avec des structures cristallines alternatives par les méthodes traditionnelles de "tâtonnement" présente de nombreuses limites. Pour qu'un électrolyte acquière la capacité de conduire les protons, de petites traces d'une autre substance, appelée dopant, doivent être ajoutées au matériau de base. Mais comme il existe de nombreux candidats prometteurs pour la base et le dopant, chacun ayant des propriétés atomiques et électroniques différentes, trouver la combinaison optimale qui améliore la conductivité des protons devient difficile et prend beaucoup de temps.
Les chercheurs ont donc calculé les propriétés de différents oxydes et dopants. Ils ont ensuite utilisé l'apprentissage automatique pour analyser les données, identifier les facteurs qui influencent la conductivité protonique d'un matériau et prédire les combinaisons potentielles.
Guidés par ces facteurs, les chercheurs ont ensuite synthétisé deux matériaux prometteurs, chacun doté d'une structure cristalline unique, et ont évalué leur capacité à conduire les protons. Fait remarquable, les deux matériaux ont démontré leur conductivité protonique en une seule expérience.
L'un des matériaux, soulignent les chercheurs, est le premier conducteur de protons connu avec une structure cristalline de sillénite. L'autre, dont la structure est celle de l'eulytite, présente une voie de conduction des protons à grande vitesse, distincte des voies de conduction observées dans les pérovskites. Actuellement, les performances de ces oxydes en tant qu'électrolytes sont faibles, mais l'équipe de recherche pense que leur conductivité peut être améliorée grâce à une exploration plus poussée.
"Notre cadre a le potentiel d'élargir considérablement l'espace de recherche des oxydes conducteurs de protons, et donc d'accélérer de manière significative les progrès dans les piles à combustible à oxyde solide. C'est un pas en avant prometteur vers la réalisation d'une société de l'hydrogène", conclut le professeur Yamazaki. "Avec des modifications mineures, ce cadre pourrait également être adapté à d'autres domaines de la science des matériaux, et potentiellement accélérer le développement de nombreux matériaux innovants."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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