Differentiable modeling and optimization of non-aqueous Li-based battery electrolyte solutions using geometric deep learning

可微函数 电解质 水溶液 电池(电) 计算机科学 人工智能 生物系统 材料科学 化学工程 化学 热力学 物理 数学 数学分析 工程类 物理化学 电极 生物 功率(物理)
作者
Shang Zhu,Bharath Ramsundar,Emil Annevelink,Hongyi Lin,Adarsh Dave,Pin-Wen Guan,Kevin L. Gering,Venkatasubramanian Viswanathan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 8649-8649 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51653-7
摘要

Electrolytes play a critical role in designing next-generation battery systems, by allowing efficient ion transfer, preventing charge transfer, and stabilizing electrode-electrolyte interfaces. In this work, we develop a differentiable geometric deep learning (GDL) model for chemical mixtures, DiffMix, which is applied in guiding robotic experimentation and optimization towards fast-charging battery electrolytes. In particular, we extend mixture thermodynamic and transport laws by creating GDL-learnable physical coefficients. We evaluate our model with mixture thermodynamics and ion transport properties, where we show improved prediction accuracy and model robustness of DiffMix than its purely data-driven variants. Furthermore, with a robotic experimentation setup, Clio, we improve ionic conductivity of electrolytes by over 18.8% within 10 experimental steps, via differentiable optimization built on DiffMix gradients. By combining GDL, mixture physics laws, and robotic experimentation, DiffMix expands the predictive modeling methods for chemical mixtures and enables efficient optimization in large chemical spaces.
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