ИИ раскрыл ключевые атомные свойства для эффективного хранения водорода

Процесс дескрипторного моделирования и проектирования гидридов металлов для хранения водорода. Автор: Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/d5sc07296d

Водородное топливо представляет собой чистый энергетический вариант, но основным препятствием для его широкого использования является эффективное хранение. Хранение водорода требует либо чрезвычайно высокого давления в баллонах, либо крайне низких температур, что означает, что само хранение потребляет много энергии. Именно поэтому гидриды металлов, которые могут хранить водород более эффективно, являются таким перспективным вариантом.

Новая цифровая платформа продвигает исследования водорода

Чтобы помочь точно прогнозировать показатели эффективности материалов для хранения водорода, исследователи из Университета Тохоку использовали новую инфраструктуру данных: Цифровую водородную платформу (DigHyd). DigHyd интегрирует более 5000 тщательно отобранных экспериментальных записей из литературы, поддерживаемых языковой моделью ИИ. Работа опубликована в журнале Chemical Science.

Используя эту обширную базу данных, исследователи систематически изучили физически интерпретируемые модели и обнаружили, что фундаментальные атомные характеристики — атомная масса, электроотрицательность, молярная плотность и ионный фактор заполнения — emerge в качестве ключевых дескрипторов. Другие исследователи могут использовать это в качестве инструмента для руководства своим процессом проектирования материалов, без необходимости проходить длительный процесс проб и ошибок в лаборатории для поиска потенциальных кандидатов.

«Эта регрессионная модель «белого ящика» не только делает точные прогнозы, но и сохраняет полную физическую интерпретируемость», — объясняет Хао Ли, выдающийся профессор Института перспективных исследований материалов (WPI-AIMR) Университета Тохоку. «Это означает, что она прозрачна, в отличие от традиционных подходов машинного обучения «черного ящика», где неясно, как модель рассчитала свой окончательный ответ».

Схематическая интерпретация ключевых дескрипторов, влияющих на производительность хранения водорода. Автор: Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/d5sc07296d

Эта прозрачность позволяет ученым определять стратегии проектирования, поскольку модель показывает математически простые, но четко интерпретируемые выражения для целевых показателей. Соотнеся фундаментальные атомно-масштабные свойства с измеримым поведением при хранении, модели предоставляют четкую и химически интуитивно понятную картину того, как состав материала управляет поглощением и высвобождением водорода.

Ключевые выводы и будущие направления

Исследование также выявило фундаментальный компромисс, определяющий текущий ландшафт гидридов металлов. Соединения, состоящие из легких, электроположительных элементов, демонстрируют высокую водородную емкость, но дают низкое равновесное давление при комнатной температуре, в то время как соединения на основе более тяжелых переходных металлов высвобождают водород легче, но за счет емкости. Примечательно, что бериллиевые сплавы emerged как уникальные системы, способные сбалансировать эти конфликтующие характеристики, сочетая как высокую плотность хранения, так и подходящую термодинамическую стабильность.

Помимо выявления перспективных кандидатов, эта работа устанавливает методологию ускорения открытий в исследованиях энергетических материалов. Дескрипторная структура предлагает новую парадигму для соединения анализа на основе данных с физическим пониманием, обеспечивая масштабируемую и прозрачную основу для проектирования материалов для хранения водорода.

Карты дескрипторного проектирования и композиционные пути для материалов хранения водорода. Автор: Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/d5sc07296d

Этот подход может быть расширен на более сложные сплавы и пористые структуры, предлагая путь к разработке безопасных, эффективных и высокоемких систем хранения водорода, которые будут поддерживать переход к чистым, углеродно-нейтральным энергетическим технологиям.

Дополнительная информация: Seong-Hoon Jang et al, Physically interpretable descriptors drive the materials design of metal hydrides for hydrogen storage, Chemical Science (2025). DOI: 10.1039/d5sc07296d

Источник: Tohoku University

ИИ: В 2025 году разработка интерпретируемых моделей ИИ становится ключевым трендом в научных исследованиях. Этот подход не только ускоряет открытие новых материалов для водородной энергетики, но и делает сам процесс более прозрачным и понятным для ученых, что особенно важно для безопасного перехода к углеродно-нейтральной экономике.