带一部新的智能手机回家总是令人兴奋的，它似乎做了任何事情，但它可能会从那里走下坡路。 随着每一个充放电循环，设备的电池容量降低了一点-最终使设备完全无用。

“为什么会发生这种退化？ 在某些情况下，我们知道；在另一些情况下，我们不知道。 但是，在许多情况下，阴极可能发生了一些事情。

沃尔弗顿，西北大学麦科米克工程学院的材料科学和工程教授，已经开发了一种新的计算设计策略，可以确定最优的材料，用于锂离子电池中的阴极涂层，保护它不被降解，并最终延长电池的寿命和设备的寿命。

阴极，当电池放电时容纳锂离子，通常是一种含有锂、过渡金属和氧气的化合物。 电池还含有一种电解质，这是锂离子在阴极和阳极之间移动时的传输介质，当电池充电时，锂保持不变。 当电解质分解时，它可以释放氢氟酸，这是一种高活性的物质，可以攻击阴极。 研究人员假设这可能是电池随着时间的推移而失去容量的原因之一。

沃尔弗顿说：“涂层可以发挥多种功能：它可以在阴极周围提供屏障，防止氢氟酸的攻击。” 或者涂层可以优先与氢氟酸反应，所以没有剩余的与阴极反应。

在陶氏化学公司和美国能源部的部分支持下，沃尔弗顿的设计策略和结果在最近的一期“自然通讯”中得到了描述。 Muratahan Aykol是沃尔弗顿实验室的前研究生，是该论文的第一作者。

沃尔弗顿之前开发了不断增长的开放量子材料数据库(OQMD)，这在他的团队寻找阴极涂层材料的过程中是必不可少的。 有47万多个化合物的信息，OQMD是世界上最大的材料数据库之一，向公众开放，可以在线下载。 沃尔弗顿的小组设计了一种方法来筛选数据库中可能是氢氟酸潜在屏障或清除剂的材料。 该小组最终确定并排名前30名候选人，其中一家陶氏化学公司进行了实验测试，以发现涂层确实成功地防止了电池的降解。

艾科尔说：“拥有一个庞大的数据库，我们可以找到以前未被探索过的复杂化学反应的产物，从而决定涂层的有效性。” “我们不仅可以公布一份很有前途的功能涂料清单，而且我们正在帮助我们的实验同事将他们的资源瞄准最好的候选人。”

虽然寻找阴极涂层不是一项新的冒险，但它一直是一个历史上笨拙的冒险。 研究人员目前主要通过试验和错误来探索潜在的涂层材料，这可能是一个缓慢和有限的过程。 探索每一种材料和材料的组合可以产生数百万甚至数十亿的可能性-太多了，无法进行实验测试。

沃尔弗顿说：“这些涂层材料从来没有真正的设计策略。” “在计算上，我们可以快速地筛选出可能的材料组合的广阔景观，以确定25种潜在的非常有前途的化合物。 现在，25是一个更易于管理的数字，你可以实验测试。”

沃尔弗顿说，这种设计策略超出了开发更好的电池。 它还旨在实现巴拉克·奥巴马总统于2011年建立的材料基因组计划的愿景，以帮助加快新材料的发现、开发和部署。

沃尔弗顿说：“这些数据库和计算方法原则上不限于电池。” “我们使用计算来帮助设计许多类型的材料。”