В лабораториях Технологический институт Нью-ДжерсиКомпьютер только что сделал то, что не удалось осуществить десятилетиям традиционных исследований. Всего за несколько недель вычислений искусственный интеллект открыл пять совершенно новых материалов, которые могут стать… безлитиевые батареи.
Это не небольшие постепенные улучшения, а настоящий прорыв: аккумуляторы, которые обещают быть более мощными, долговечными и невероятно дешевыми. Исследование, опубликовано в журнале Cell Reports Physical Scienceзнаменует собой начало новой эры в области хранения энергии.
Как работают многовалентные безлитиевые батареи?
Команда под руководством Профессор Дибакар Датта использовали революционный подход, чтобы обойти одну из самых трудноразрешимых проблем в материаловедении. Многовалентные безлитиевые батареи работают по совершенно иному принципу По сравнению с традиционными. Вместо ионов лития, несущих один положительный заряд, в новых устройствах используются такие элементы, как магний, кальций, алюминий и цинк, ионы которых могут нести два или даже три положительных заряда одновременно.
Подумайте об этом: если один ион может переносить в три раза больше энергии, теоретически вы могли бы иметь безлитиевые батареи Гораздо более энергетически плотный. До сих пор проблема заключалась в поиске материалов, способных справиться с этими более крупными и тяжёлыми ионами. Это немного похоже на попытку протащить автобус по дороге, предназначенной для велосипедистов.
Пять материалов, обнаруженных ИИ, имеют пористую структуру с широкие, открытые каналы, идеально подходит для быстрого и безопасного перемещения этих многовалентных ионов. Как он объясняет, Датта: «Эти материалы имеют большие открытые каналы, идеально подходящие для быстрого и безопасного перемещения этих объемных многовалентных ионов»..
Искусственный интеллект превосходит годы традиционных исследований
Настоящее новаторство заключается не только в материалах, но и в методе исследования. Команда Технологический институт Нью-Джерси разработала систему двойного ИИ, которая объединяет кристаллический диффузионный вариационный автоэнкодер (CDVAE) с оптимизированной большой языковой моделью. Первый создает совершенно новые кристаллические структуры, второй фильтрует их для термодинамической стабильности.
Процесс, который традиционно требует десятилетия экспериментов В лаборатории это заняло всего несколько недель вычислений. ИИ исследовал тысячи потенциальных кристаллических структур, выделив пять наиболее перспективных кандидатов. безлитиевые батареи будущего.
Как он рассказывает Датта, Главной проблемой было не отсутствие перспективных химических составов для аккумуляторов, а полная невозможность протестировать миллионы комбинаций материалов.Традиционный метод проб и ошибок в лабораторных условиях просто не справляется со сложностью проблемы. Как я уже говорил вам, когда говорил о натриевых батареяхпоиск альтернатив литию — это гонка со временем.
Зачем нам нужны безлитиевые батареи
Литий это становится узким местом Критически важный для энергетического перехода. Мировые запасы сосредоточены в нескольких странах, затраты на добычу стремительно растут, а воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду становится всё более серьёзным. Выходом из этой зависимости являются безлитиевые батареи..
Элементы, выбранные для этих новых материалов (магний, цинк, кальций, алюминий), встречаются гораздо чаще, чем литий. Например, магний в 500 раз более распространены Лития в земной коре. Его обилие естественным образом приводит к снижению затрат и повышению стабильности поставок.
Мы использовали генеративный ИИ как быстрый и систематический способ проанализировать этот огромный ландшафт и выделить несколько структур, которые действительно могли бы сделать многовалентные батареи практичными.
Но устойчивость — не единственное преимущество. Предварительные тесты показывают, что эти материалы могут обеспечить превосходные характеристики с точки зрения емкости хранения энергии и скорости зарядки.
От моделирования к реальности: безлитиевые батареи
Исследователи не ограничились компьютерным моделированием. Они подтвердили свои выводы с помощью квантово-механического моделирования и испытаний на устойчивость, подтвердив, что материалы действительно могут быть синтезированы Экспериментально. Это разница между блестящей идеей на бумаге и доказательством её работоспособности в реальном мире.
Следующим шагом станет сотрудничество с экспериментальными лабораториями для синтеза и физического тестирования разработанных ИИ материалов. Цель — разработать рабочие прототипы безлитиевых аккумуляторов. которые могут быть оценены для коммерческого применения.
Этот подход, основанный на ИИ, имеет последствия, выходящие далеко за рамки аккумуляторов. Как он отмечает, Датта, это о Разработать быстрый и масштабируемый метод исследования любых современных материалов — от электроники до решений в области чистой энергии.Это новый способ заниматься материаловедением.
Параллельное исследование Microsoft и Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория продемонстрировали схожие результаты, определив материалы, которые могут сократить использование лития до 70%Сближение результатов, полученных независимыми группами, укрепляет доверие к подходу.
Мы стоим на пороге переломного момента для энергетической отрасли. Как мы видели на примере других инновацийКогда вычислительные исследования и ИИ объединяются с традиционными экспериментами, результаты могут быть исключительными.
Безлитиевые аккумуляторы — реальная возможность, которая может стать реальностью в ближайшие годы. И на этот раз, вместо того, чтобы десятилетиями ждать случайных открытий, мы используем искусственный интеллект, ускоряющий процесс исследований способами, которые до недавнего времени казались невозможными.
