[发明专利]金属空气电池阴极材料设计方法、系统及计算机设备

说明书

本申请提供了一种金属空气电池阴极材料设计方法、系统及计算机设备，通过密度泛函理论构建合金过电势数据集，结合多种机器学习算法筛选并预测具备可逆反应低能垒的双金属合金阴极材料，以吉布斯自由能作为阴极电化学活性评价指标，从而实现双元合金阴极材料的智能筛选和预测，相比于目前的实验层面的试错法，更加高效以及成本更低；相比于纯粹的理论层面的高通量计算，减少了大量机时和资源成本，仅需通过部分计算资源构建初始数据库即可。该方法目的性明确，效率高，节省了实验耗材和计算资源。

技术领域

本申请涉及材料制备技术领域，特别涉及一种金属空气电池阴极材料设计方法、系统及计算机设备。

背景技术

随着新能源在各个应用领域的拓宽和战略部署，开发高能量密度、高安全性且长寿命的新型金属空气电池成为了我国在大型储能装置领域的重点研究内容。具备可逆双功能性的阴极是金属空气电池的关键组成部分，其电化学活性及稳定性决定了电池的工作寿命和充电速率。因此，研发双功能金属空气电池阴极成为了目前的研究热点。其中合金材料因其可调节性强，活性位点丰富以及纳米结构丰富等优势受到广泛关注，材料性能也在迭代更新。但是尽管部分合金材料具有优异的电化学活性，但通常针对单向反应，比如OER或者ORR，其双功能表现仍然有很大提升空间。为了提升其双功能活性，目前主要从组分调控(J.Mater.Chem.A 2019,7,330)、元素掺杂(J.Phys.Chem.C 2020,124,27387-27395)以及形貌调控(ACS Appl.Energy Mater.2022,5,7420-7431)方面进行研究。但是实验试错需要从材料制备、电解池组装以及电化学性能测试整体着手，且合金组分繁多，难以实现组分遍历，该类实验方法效率较低，程序繁琐。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种实现材料精准高效的筛选的金属空气电池阴极材料设计方法、系统及计算机设备。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请目的之一，提供了一种金属空气电池阴极材料设计方法，包括下述步骤：

构建3d族金属基二元合金的基态结构；

获取所述基态结构中配位饱和度较高的晶面；

根据所述配位饱和度较高的晶面构建数据集；

使用多种机器学习算法拟合所述数据集中数据并预测4d-5d金属的性能；

选取3d-5d族金属，构建其形成两两合金时的数据集；

通过已构建机器学习算法进行预测，得到未经过DFT计算的合金种类的预测过电势，并选取最优合金材料；

筛选过电势在OER和ORR中均较小的双功能合金催化剂。

在其中一些实施例中，在构建3d族金属基二元合金基态结构的步骤中，具体包括下述步骤：

通过团簇扩展方法，以形成能为能量指标，选取3d族过渡金属，以金属镍作为基础和3d族其他金属两两构建合金，筛选基态结构。

在其中一些实施例中，在获取所述基态结构中配位饱和度较高的晶面的步骤中，具体包括：通过切割所述基态结构的晶面，得到配位度较高的不同晶面的表面结构。

在其中一些实施例中，在根据所述配位饱和度较高的晶面构建数据集的步骤中，具体包括下述步骤：

计算不同晶面的三种位点的四电子反应步骤的吉布斯自由能变；