【導讀】電解質(zhì)在電池的正極和負極之間來回傳輸鋰離子。液體電解質(zhì)的價格便宜，離子的傳導效果也非常好，但如果發(fā)生電池過熱或因穿刺而短路時，可能導致起火……
美國斯坦福大學(Stanford University)的研究人員利用人工智能(AI)技術(shù)，辨識出超過20種固態(tài)電解質(zhì)，可望用于取代目前在電池中所使用的揮發(fā)性液體。
斯坦福大學應用物理學博士候選人Austin Sendek說：“電解質(zhì)在電池的正極和負極之間來回傳輸鋰離子。液體電解質(zhì)的價格便宜，離子的傳導效果也非常好，但如果發(fā)生電池過熱或因穿刺而短路時，可能導致起火。而固態(tài)電解質(zhì)的主要優(yōu)點就是穩(wěn)定，固態(tài)比有機溶劑更不容易發(fā)生炸裂或蒸發(fā)，而且也更堅硬，能夠讓電池結(jié)構(gòu)更堅固。” 20170110 AI NT01 盡管經(jīng)過多年的實驗室試驗和錯誤，研究人員至今尚未找到一種在室溫下的表現(xiàn)像液體電解質(zhì)一樣的廉價固態(tài)材料。因此，研究團隊利用AI技術(shù)和機器學習的方法，從實驗數(shù)據(jù)中建構(gòu)可預測模型。他們訓練計算機算法來學習如何根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)辨識好的和壞的化合物，就像臉部辨識算法學習在看到幾個例子之后就能辨識人臉一樣。
“目前約有成千上萬的已知含鋰化合物，其中絕大多數(shù)都未經(jīng)測試。”Sendek指出，“然而，其中有些可能是絕佳的導體。因此，我們開發(fā)了一個運算模型，能夠從我們現(xiàn)有的有限數(shù)據(jù)中進行學習，然后再讓我們從大量的材料資庫中篩選潛在的候選方案——這種方式比目前的篩選方法更快一百萬倍。”
為了建立模型，Sendek花了兩年多的時間收集所有關(guān)于含鋰固態(tài)化合物的科學資料。
斯坦福大學材料科學與工程助理教授Evan Reed說：“Austin收集了所有有關(guān)這些材料的人類知識，以及許多測量和實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)甚至可追溯到從幾十年前開始。他利用這些知識創(chuàng)造了一個模型，可以預測材料是否是一種良好的電解質(zhì)。這種方法能夠篩選出全部的備選材料，以確定最有發(fā)展前景的材料，以供后續(xù)的研究。”
該模型使用幾項標準來篩選有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?，包括穩(wěn)定性、成本、充裕度，以及其導電鋰離子和重新路由電子通過電池電路的能力。這些備選材料是在材料在線數(shù)據(jù)庫‘Materials Project’上進行選擇；‘Materials Project’是一個能讓科學家探索數(shù)千種材料的物理和化學特性的在線數(shù)據(jù)庫。
Sendek說：“我們篩選了超過12,000種含鋰化合物，最終得到了21種有發(fā)展?jié)摿Φ墓虘B(tài)電解質(zhì)。結(jié)果只需要花費幾分鐘的時間進行篩選，而絕大部份的時間基本上都花在收集和策劃所有的數(shù)據(jù)，以及開發(fā)可定義模型預測可信度的指標。”
研究人員最終計劃在實驗室中測試21種材料，以確定哪些材料最適合現(xiàn)實世界的條件。
“我們所采取的途徑有潛力解決許多種材料的問題，并提高在這些領(lǐng)域進行研究投資的效果，”Reed并強調(diào)，“隨著全世界的數(shù)據(jù)量增加以及計算機持續(xù)進展，我們的創(chuàng)新能力將不斷呈指數(shù)級成長。因此，無論是電池、燃料電池或其他任何東西，目前在這一領(lǐng)域正是一個真正令人興奮的時刻。”
