Прощавай, літій: ШІ знайшов 5 матеріалів, які дадуть нам кращі акумулятори, ніж ми маємо зараз

Що це за новий матеріал і чим він кращий?

Дослідники з Технологічного інституту Нью-Джерсі (NJIT) застосовують штучний інтелект для розв'язання важливої задачі: знайти недорогі та екологічні альтернативи літій-іонним батареям. У дослідженні, опублікованому в журналі Cell Reports Physical Science, команда під керівництвом професора Дібакара Датти використала генеративний ШІ, щоб швидко ідентифікувати нові пористі матеріали. Ці матеріали можуть трансформувати розробку багатовалентних іонних батарей, які використовують більш доступні елементи, такі як магній, кальцій, алюміній та цинк. На відміну від літій-іонних батарей, які стикаються зі зростаючими проблемами постачання та сталості, багатовалентні іонні батареї є перспективним і доступнішим шляхом розвитку, пише 24 Канал.

Багатовалентні іонні батареї відрізняються від звичайних літій-іонних тим, що використовують іони, які несуть два або три позитивні заряди замість одного. Це дозволяє їм зберігати значно більше енергії, роблячи їх привабливим варіантом для майбутніх технологій зберігання енергії.

Однак, основна складність полягає у більшому розмірі та сильнішому заряді цих багатовалентних іонів, що ускладнює їхнє ефективне переміщення всередині стандартних матеріалів для батарей.

Підхід команди NJIT, що ґрунтується на ШІ, був спеціально розроблений для подолання цього бар'єра шляхом пошуку матеріалів, краще пристосованих для роботи з такими високозарядженими іонами. Відкрита, губчаста мережа всередині пористого перехідного оксиду металу дозволяє більшим, подвійно- або потрійнозарядженим іонам вільно переміщатися під час циклів заряду та розряду батареї.

Професор Датта пояснив, що однією із найбільших перешкод була не відсутність перспективних хімічних складів батарей, а повна неможливість протестувати мільйони комбінацій матеріалів. За його словами, команда звернулася до генеративного ШІ як до швидкого, систематичного способу просіяти цей величезний ландшафт і виявити ті структури, які могли б зробити багатовалентні батареї практичними. Це дозволяє швидко досліджувати тисячі потенційних кандидатів, що значно прискорює пошук ефективніших та стійкіших альтернатив літій-іонній технології.

Команда NJIT розробила новий подвійний підхід ШІ: Crystal Diffusion Variational Autoencoder (CDVAE) та тонко налаштовану велику мовну модель (LLM). Разом ці інструменти ШІ швидко досліджували тисячі нових кристалічних структур, що раніше було неможливим за допомогою традиційних лабораторних експериментів.

• Модель CDVAE була навчена на величезних наборах даних відомих кристалічних структур, що дозволило їй пропонувати абсолютно нові матеріали з різноманітними структурними можливостями.
• Водночас LLM була налаштована на виявлення матеріалів, найближчих до термодинамічної стабільності, що є вирішальним для практичного синтезу.

Професор Датта підкреслив, що інструменти ШІ значно прискорили процес відкриття, виявивши п'ять абсолютно нових пористих структур перехідних оксидів металів, які демонструють надзвичайний потенціал. Ці матеріали мають великі, відкриті канали, ідеальні для швидкого та безпечного переміщення цих громіздких багатовалентних іонів, що є критичним проривом для батарей нового покоління.

Команда підтвердила свої ШІ-генеровані структури за допомогою квантово-механічних симуляцій і тестів на стабільність, підтвердивши, що матеріали дійсно можуть бути синтезовані експериментально та мають великий потенціал для реального застосування.

Що далі?

Датта наголосив на ширших наслідках їхнього ШІ-орієнтованого підходу: це більше, ніж просто відкриття нових матеріалів для батарей – йдеться про створення швидкого, масштабованого методу для дослідження будь-яких передових матеріалів, від електроніки до рішень чистої енергії, без обширних випробувань та помилок.

З такими обнадійливими результатами, Датта та його колеги планують співпрацювати з експериментальними лабораторіями для синтезу та тестування їхніх ШІ-розроблених матеріалів, просуваючись далі до комерційно життєздатних багатовалентних іонних батарей.