Navigating chemical design spaces for metal-ion batteries via machine-learning-guided phase-field simulations

领域(数学) 相(物质) 计算机科学 材料科学 金属 离子 纳米技术 化学 冶金 数学 有机化学 纯数学
作者
Hamed Taghavian,Viktor Vanoppen,Erik J. Berg,Peter Broqvist,Jens Sjölund
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41524-025-01735-x
摘要

Abstract Metal anodes provide the highest energy density in batteries. However, they still suffer from electrode/electrolyte interface side reactions and dendrite growth, especially under fast-charging conditions. In this paper, we consider a phase-field model of electrodeposition in metal-anode batteries and provide a scalable, versatile framework for optimizing its chemical parameters. Our approach is based on Bayesian optimization and explores the parameter space with a high sample efficiency and a low computation complexity. We use this framework to find the optimal cell for suppressing dendrite growth and accelerating charging speed under constant voltage. We identify interfacial mobility as a key parameter, which should be maximized to inhibit dendrites without compromising the charging speed. The results are verified using extended simulations of dendrite evolution in charging half cells with lithium-metal anodes.
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