如果没有新的材料发现，一个新的突破性电池 - 具有更高能量，持续时间更长，更便宜和更安全的电池 - 可能是不可能的。新的材料发现可能需要数年甚至数十年，因为试验和错误是最好的方法。但劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)科学家克里斯汀佩尔松说她可以利用她的电解质基因组从发现过程中剔除一些猜测。

可以把它想象成类似谷歌的分子数据库。寻找新电解质的电池科学家将指定所需的参数和性质，电解质基因组将返回有希望的候选分子的简短列表，大大加快了发现时间线。

“电解液是许多电池技术的绊脚石，无论该平台是专为电动汽车设计还是用于电网应用的液流电池，”佩尔森说。“我们能做的就是计算大量分子的性质，并为实验者提供一套更好的材料，而不是探索所有可能的组合。”

电解质是一种化学物质，它在电池的阳极和阴极之间传输电荷，以对电池充电和放电。它由盐和溶剂，可能的添加剂和非设计杂质组成。Persson的Electrolyte Genome，两年多前推出，使用高通量计算机筛选来计算这三种成分的性质，以及它们之间的相互作用。

“如果我们能够为多价电池提供具有更高电化学窗口的电解质，或者对于某些氧化还原分子具有更大的溶解度，如果我们能够解决其中任何一种，那么你就会突然启用整个行业，”佩尔森说。“这可能会改变游戏规则。”

更快，更聪明，更好

除了更快更有效地筛选出不良候选者外，Electrolyte Genome还为电池科学家提供了另外两个显着优势。首先，它可以产生新颖的想法。“虽然那里有一些令人惊讶的有机化学家，但这使我们不可知道如何寻找新的想法，而不是纯粹依赖化学直觉，”佩尔森说。“通过将经验与新的非传统观念相结合，我们可以感到惊讶。”

电解质基因组的第二个优点是它可以增加科学家对化学相互作用的基本理解。

“它为某些事情起作用或不起作用添加了解释，”佩尔森说。“我们经常依赖于反复试验。如果某些东西不起作用，我们就把它扔掉，继续下去，但我们不明白为什么它不起作用。解释变得非常有用 - 我们可以将我们学到的原则应用到未来的猜测中。因此，这个过程变成了知识驱动而不是反复试验。“

它是如何工作的 - 漏斗法

Electrolyte Genome使用材料项目的基础设施，这是一个由数千种已知材料计算出来的属性的数据库，由麻省理工学院的Persson和Gerbrand Ceder共同创立。研究人员应用漏斗理念，通过对可以快速，稳健地计算的属性应用一系列第一原理计算进行材料的首次筛选。这会在候选人游泳池中下降，他们会对另一个游戏进行第二次筛选，依此类推。

这篇概念在Persson及其在伯克利实验室和阿贡国家实验室的合作者共同撰写的The Journal of Physical Chemistry Letters最近的一篇文章中有所描述。

利用候选分子的简短列表，研究人员可以进行更详细的计算评估，根据需要应用分子动力学模拟或其他计算，例如表征不同组分的相互作用。

可能的组合数量是无限的，因为许多不同的盐可以与许多不同的溶剂组合; 加杂质发挥作用。因此佩尔松和她的团队与实验家密切合作，指导他们的研究。“由于空间太大，我们通常不会把整个厨房水槽扔到它上面，因为它需要永远，”她说。“我们倾向于采取一些基本分子或一些想法，然后我们探索这个想法的所有变化。这就是攻击它的方法。”

该方法已经用已知的电解质验证。利用伯克利实验室国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算机，研究人员每天可以筛选数百个分子。

迄今为止，已经计算出超过15,000个电解质分子 - 包括10,000个氧化还原活性分子，数百个导电网络分子，盐，溶剂等。使用传统的合成和测试技术筛选这些数量的分子以获得合适的性质需要数十年的时间。

早期的成功故事

电解质基因组的第一个主要科学发现 - 镁电解质很容易形成离子对，影响电导率，电荷转移和电解质稳定性等几个关键方面 - 于2月发表在化学学会杂志上。

他们还为伯克利实验室的科学家Brett Helms研究了流动电池氧化还原能力的另一个成功筛选分子。“他基本上给了我们一个有机凝胶分子的化学空间，并问道，'如果我想要一个恰好在这里的电压窗，你能告诉我最好的分子'，”佩尔森说。“我们将大约一百名候选人过滤掉了。它起作用了，分子完全符合预期目的。”

电解质基因组由能源储存研究联合中心(JCESR)资助，该中心是由阿贡国家实验室和伯克利实验室领导的能源部多能源能源创新中心于2012年宣布的。根据佩尔松的说法，它是开源的，最迟将在JCESR的五年包机结束时公布。