В результате совместной работы Microsoft и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) с использованием искусственного интеллекта (ИИ) и сверхмощного компьютера был обнаружен новый материал, способный уменьшить потребление лития в аккумуляторах на 70%. Это открытие может кардинально изменить сферу хранения энергии и сделать батареи более надежными, быстрыми и долговечными.
Как ИИ нашел новый материал
Для поиска нового материала исследователи применили ИИ, который за неделю отобрал 18 наиболее подходящих кандидатов из 32 миллионов возможных неорганических материалов. Это задача, которая могла бы занять годы, если бы использовались традиционные лабораторные методы.
Затем они проверили эти материалы с помощью высокопроизводительных вычислений и за девять месяцев создали работающий прототип новой батареи.
Новый материал, получивший название N2116, является твердотельным электролитом. Он позволяет передавать электрический заряд между положительным и отрицательным электродами батареи без использования жидкого или гелевого литиевого раствора. Благодаря этому батарея становится более стабильной и безопасной, так как исключается риск утечки, перегрева или взрыва.
Какие преимущества имеет новый материал
Новый материал имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными литиевыми батареями. Он может снизить потребность в литии, который является дорогим и дефицитным ресурсом, на 70%. Он также может повысить плотность энергии, то есть количество энергии, которое может храниться в единице объема, и скорость зарядки батареи. Кроме того, он может выдержать тысячи циклов зарядки и разрядки без существенного снижения производительности.
Недостатки литиевых батарей
Хотя литий - это важный элемент для развития современных технологий, особенно в области электромобилей и хранения энергии, однако добыча и использование лития также имеют негативное воздействие на окружающую среду. Некоторые из экологических проблем, связанных с литием, такие как:
- Добыча лития из соляных рассолов требует большого количества воды, что может привести к засолению и истощению водных ресурсов, а также к загрязнению почвы и воздуха химическими отходами.
- Добыча лития из твердых пород влечет за собой разрушение ландшафта, выбросы парниковых газов, потерю биоразнообразия и риск радиоактивного заражения.
- Утилизация литиевых батарей представляет собой сложную и дорогостоящую задачу, так как они содержат токсичные и взрывоопасные вещества, которые могут угрожать здоровью людей и животных.
- Литий является дефицитным и невозобновляемым ресурсом, который может стать предметом геополитической конкуренции и конфликтов.
Для снижения экологического воздействия лития необходимо развивать более эффективные и экологически чистые методы его добычи, переработки и утилизации, а также искать альтернативные материалы для батарей и хранения энергии.
Также литиевые батареи имеют ряд недостатков, которые ограничивают их применение и эффективность. Некоторые из них:
- Они требуют встроенного контроллера, который контролирует напряжение и ток во время зарядки и разрядки, что повышает стоимость и сложность батарей.
- Они деградируют со временем, даже если не используются, и теряют емкость и производительность.
- Они работают в узком диапазоне температур, и их свойства ухудшаются при слишком низких или высоких температурах.
- Они чувствительны к избыточному заряду и полному разряду, что может привести к перегреву, утечке, взрыву или пожару.
Как ИИ помогает в научных открытиях
Искусственный интеллект становится все более важным инструментом для научных открытий, особенно в областях, где требуется анализировать огромные объемы данных и находить оптимальные решения. ИИ может помочь ускорить процесс исследования и разработки, предлагая новые гипотезы, подсказки и направления.
Заместитель исполнительного директора Microsoft Джейсон Зандер отметил, что ИИ, который они использовали, полностью основан на научных данных, базах данных и свойствах, и что полученные таким образом данные очень надежны для использования в научных открытиях.
Ученый-исследователь PNNL Карл Мюллер сказал, что идеи Microsoft в области ИИ привели их на потенциально плодородную территорию гораздо быстрее, чем это было бы возможно в обычных условиях работы. Он также добавил, что они смогли модифицировать, протестировать и настроить химический состав нового материала и быстро оценить его техническую пригодность для работающей батареи.
Какие вызовы имеет новый материал
Несмотря на все преимущества нового материала, он также сталкивается с некоторыми вызовами и сомнениями.
Профессор химического машиностроения в Университете Стратклайда Эдвард Брайтман призвал к некоторой осторожности, сказав, что ИИ может привести к ложным результатам или к результатам, которые сначала выглядят хорошо, а затем могут оказаться либо известным материалом, либо невозможным синтезировать в лаборатории.
Он также сказал, что нужно провести дальнейшие эксперименты, чтобы подтвердить свойства и стабильность нового материала.
Новый материал также может столкнуться с конкуренцией со стороны других технологий, таких как графен, нанотрубки и квантовые точки, которые также исследуются как потенциальные материалы для батарей будущего.
Кроме того, новый материал может требовать дополнительных инвестиций и разработки, чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным и доступным для широкого применения.
Заключение
Искусственный интеллект помог найти новый материал для батарей будущего, который может сократить использование лития, увеличить плотность энергии, скорость зарядки и безопасность батарей. Это открытие может революционизировать область хранения энергии и сделать батареи более эффективными и долговечными.
Андрей Повный