Gerbrand Ceder

En 2006, Kisuk Kang y Gerbrand Ceder utilizaron modelos computacionales ab initio para identificar estrategias útiles para diseñar electrodos de baterías de mayor velocidad y las aplicaron al óxido de litio, níquel y manganeso.${\displaystyle {\ce {Li(Ni_{0.5}Mn_{0.5})O_2}}}$Los autores demostraron cómo${\displaystyle {\ce {Li(Ni_{0.5}Mn_{0.5})O_2}}}$en su estructura cristalina en capas (sintetizada a partir del método de intercambio iónico) superó la capacidad de velocidad de la estructura en capas de última generación.${\displaystyle {\ce {LiCoO2}}}$material del cátodo. ^{[ 6 ]}

En 2009, ByungWoo Kang y Gerbrand Ceder demostraron que el material catódico de la batería de iones de litio LiFePO ₄ podía someterse a una carga y descarga ultrarrápidas (descarga completa en ~10 segundos). ^{[ 7 ]}

En 2014, Jinhyuk Lee y Gerbrand Ceder demostraron que cuando el contenido de Li supera el umbral de percolación, las estructuras de sal de roca desordenadas pueden ofrecer una alta capacidad de descarga (>300 mAh/g) y densidad de energía (>1000 Wh/kg). Este descubrimiento abre nuevas oportunidades para materiales catódicos libres de níquel y cobalto para baterías de iones de litio y reduce significativamente el costo de dichos materiales. ^{[ 8 ]}

Gerbrand Ceder ha realizado importantes contribuciones en el campo de los superconductores iónicos, que tienen aplicación como electrolitos en baterías de estado sólido. La mayoría de los trabajos de Ceder implican el uso de métodos computacionales basados ​​en primeros principios para comprender el mecanismo a escala atómica y los principios de diseño de los conductores. En 2011, Yifei Mo, SP Ong y Gerbrand Ceder utilizaron simulaciones de dinámica molecular ab initio para aclarar cómo el conductor de última generación${\displaystyle {\ce {Li10GeP2S12}}}$(LGPS) es esencialmente un conductor tridimensional (a diferencia del mecanismo de conducción unidimensional previamente supuesto), que evita los inevitables efectos perjudiciales de los defectos de bloqueo observados en los mecanismos de conducción unidimensionales. ^{[ 9 ]} En 2015, Ceder y sus coautores identificaron la característica estructural general en muchos conductores superiónicos como LGPS. Los autores demostraron que la disposición de los aniones es el factor clave para determinar la movilidad intrínseca de los iones de litio y que la subred aniónica cúbica centrada en el cuerpo (bcc) es la más deseable para lograr una alta conductividad iónica, ya que permite saltos directos de Li entre sitios tetraédricos adyacentes. ^{[ 10 ]} En 2016, Ceder y sus coautores presentaron una predicción computacional, descubrimiento y síntesis de${\displaystyle {\ce {Na10SnP2S12}}}$que tiene una conductividad iónica a temperatura ambiente de 0,4  mS  cm ⁻¹ , que rivaliza con la conductividad de los mejores electrolitos sólidos de sulfuro de sodio hasta la fecha ^{[ 11 ].}

En 2022, Ceder y sus coautores lograron un importante avance en la comprensión de las características estructurales que conducen a una alta conductividad iónica en la clase de conductores de óxido, relativamente más seguros y estables. Los autores demostraron que los óxidos (que normalmente no cristalizan en las favorables estructuras aniónicas BCC como los sulfuros) pueden promover una conductividad superiónica en estructuras aniónicas con conectividad de vértices compartidos, a pesar de la escasa capacidad de apantallamiento de los óxidos en comparación con los sulfuros. ^{[ 12 ]}

En 2022, Gerbrand Ceder, Yan Zheng, Bin Ouyang y coautores demostraron otro mecanismo para aumentar la conductividad iónica en conductores de óxido. Los autores mostraron cómo las composiciones de alta entropía en el material conductor superiónico de Na (NASICON) y los granates pueden crear distorsiones estructurales locales que mejoran la movilidad de los iones alcalinos. ^{[ 13 ]} En 2023, Ceder y coautores describieron principios de diseño importantes en materiales NASICON, asociando el rendimiento a características tales como el contenido óptimo de Na, la química de polianiones, el tamaño del catión y el contenido de silicato. ^{[ 14 ]} En 2024, Gerbrand Ceder y coautores han demostrado estrategias de diseño para la conductividad superiónica de Li en óxidos basados ​​en fcc (tradicionalmente no considerados adecuados para electrolitos de estado sólido) al lograr la sobreestequiometría de cationes en redes tipo sal de roca a través del exceso de Li en la composición. ^{[ 15 ]} Otras contribuciones significativas recientes de Gerbrand en este campo incluyen un estudio computacional detallado de mecanismos a escala atómica en${\displaystyle {\ce {Li3PS4}}}$^{[ 16 ]} y los conductores superiónicos emergentes similares a la arcilla. ^{[ 17 ]}

Gerbrand Ceder también ha realizado contribuciones en esfuerzos experimentales para identificar mecanismos de falla asociados con la producción de electrolitos de estado sólido. ^{[ 18 ]}

En noviembre de 2023, Ceder y sus colegas presentaron A-Lab, un laboratorio autónomo para la síntesis de polvos inorgánicos, que integra computación, aprendizaje automático y robótica. ^{[ 19 ]} El trabajo atrajo una atención significativa ^{[ 20 ] [ 21 ]} debido a que afirmó haber sintetizado con éxito 41 de 58 compuestos nuevos, principalmente óxidos y fosfatos, en 17 días. A-Lab utilizó redes neuronales gráficas entrenadas en bases de datos de materiales computacionales y modelos de lenguaje natural entrenados con literatura para las propuestas iniciales de recetas de síntesis, optimizadas mediante aprendizaje activo basado en termodinámica.

En enero de 2023, un preimpreso ^{[ 22 ]} examinó la precisión de los métodos autónomos de descubrimiento de materiales utilizados en el artículo de Szymanski et al. ^{[ 19 ]} . Argumentan que la afirmación inicial de 43 nuevos materiales a través de A-lab presenta problemas con el análisis automatizado de Rietveld en la difracción de rayos X y el desorden de materiales ignorado, lo que llevó a Palgrave et al. a concluir que no se descubrieron nuevos materiales. ^{[ 22 ]} El preimpreso enfatiza la necesidad de mejorar los enfoques para el uso de herramientas de IA y modelos computacionales. Antes de la crítica del preimpreso por parte de Palgrave en línea ^{[ 23 ]} , Ceder abordó en una publicación de LinkedIn refutando muchas críticas hechas contra el artículo de A-lab.