A JST Strategic Basic Research Programs, il gruppo di ricerca guidato dal professore associato Yuya Oaki e dallo studente laureato (all'epoca) Hiromichi Numazawa della Facoltà di Scienze e Tecnologia, La Keio University ha stabilito una nuova politica di progettazione per i materiali organici per l'anodo delle celle secondarie agli ioni di litio in un lavoro congiunto con il ricercatore associato Yasuhiko Igarashi della Graduate School of Frontier Sciences, L'Università di Tokyo, attraverso l'utilizzo di Materials Informatics (MI). Un materiale ad alta capacità e alta stabilità è stato ottenuto con successo tramite un numero estremamente ridotto di esperimenti.

Al fine di preservare le risorse per le batterie, materiali organici senza l'uso di metallo sono oggetto di ricerca in tutto il mondo. Tradizionalmente, la ricerca di materiali anodici per batterie al litio e batterie agli ioni di sodio ha dovuto fare affidamento su prove ed errori o sull'esperienza e l'intuizione dei ricercatori.

MI generalmente esegue l'apprendimento automatico per dati su larga scala (big data), ed è una tecnica che riduce il coinvolgimento dell'esperienza e dell'intuizione dei ricercatori. Una delle sfide è stata il modo in cui i ricercatori sperimentali utilizzano i propri dati su piccola scala e le proprie conoscenze empiriche.

Il gruppo di ricerca ha esaminato un metodo, 'MI orientato all'esperimento, ' che fonde dati sperimentali su piccola scala ma relativamente accurati con l'esperienza e l'intuizione dei ricercatori sperimentali, e ha ottenuto una resa migliorata di materiali in nanofoglio e così via.

In questo studio, è stata misurata la capacità di 16 composti organici come anodo; ulteriore, un piccolo numero di fattori che possono determinare la capacità utilizzando la modellazione sparsa, che è una tecnica di data science, è stato identificato. Sulla base di questo risultato, è stata sviluppata una formula di previsione della capacità considerando i fattori identificati come variabili (modello di previsione). Prossimo, 11 composti disponibili in commercio, con l'aspettativa di una certa capacità come anodo, sono stati selezionati in parte sulla base dell'esperienza e dell'intuizione dei ricercatori, e il valore di capacità previsto è stato calcolato prima dell'esperimento. Ulteriore, è stata misurata la capacità di tre composti con il valore previsto più alto, e due composti sono stati osservati per esibire un'elevata capacità. Successivamente, uno di questi composti, il composto di tiofene, è stato polimerizzato e un materiale anodico polimerico con capacità migliorata, durata, ed è stata ottenuta la proprietà di carica-scarica rapida.

La politica di progettazione per il materiale anodico organico stabilita nel presente studio è importante per un ulteriore miglioramento delle prestazioni. Combinando un piccolo set di dati sperimentali, esperienza e intuito dei ricercatori, e l'apprendimento automatico hanno portato alla scoperta di un materiale ad alte prestazioni. Ha anche mostrato l'efficacia della combinazione di scienza sperimentale e MI nel migliorare l'efficienza della ricerca dei materiali.