研究顯示，普通鋰離子電池之所以發(fā)生爆炸的重要原因之一，就是由于傳統(tǒng)鋰電池的電解液為有機(jī)液體，在不太高的溫度下就能發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，膨脹后引起爆炸。針對這一情況，來自美國斯坦福大學(xué)的研究人員使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的辦法，找到了約21種固體的電解質(zhì)材料，有希望徹底解決這一問題。
日前該團(tuán)隊將他們的研究成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。文章顯示，科學(xué)家們并沒有使用傳統(tǒng)的隨機(jī)測試個別化合物的方法來尋找新的固體電解質(zhì)材料，而是使用了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)造預(yù)測模型。他們訓(xùn)練了一種計算機(jī)算法，基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，去學(xué)習(xí)如何辨認(rèn)化合物的好壞。這個過程和人臉識別算法，在觀察幾個范例后，去辨認(rèn)人臉的過程很類似。
論文的第一作者、研究的帶頭人、應(yīng)用物理學(xué)博士研究生 Austin Sendek 表示：“現(xiàn)有的含有鋰元素的化合物數(shù)量是數(shù)以萬計的，絕大多數(shù)是未經(jīng)測試的。其中的一些可能是性能優(yōu)異的導(dǎo)體。我們開發(fā)了一個計算模型，對于我們現(xiàn)有的有限數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫中，篩選出合適的材料。這種篩選方法的速度是現(xiàn)有篩選方法的百萬倍。”
為了設(shè)計這個模型，Austin Sendek 花費(fèi)了差不多兩年時間，搜集了關(guān)于含有鋰元素的固體化合物的幾乎所有科學(xué)數(shù)據(jù)，然后通過這些數(shù)據(jù)對待選固體化合物的穩(wěn)定性、成本、豐富度、鋰離子的導(dǎo)電性等諸多理化屬性進(jìn)行了評測，最終篩選出了21種最合適的固體電解質(zhì)材料。
Austin Sendek 表示：“我們篩選了超過12，000種含有鋰元素的化合物，最終找到了21種作為固體電極的理想材料。篩選只需要花費(fèi)幾分鐘。我絕大多數(shù)的時間，實(shí)際上是用于搜集和管理所有的數(shù)據(jù)，開發(fā)對于預(yù)測模型更可靠的度量機(jī)制。”
研究人員未來計劃在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測試這21種材料，進(jìn)一步確認(rèn)它們是否是現(xiàn)實(shí)情況下的最佳選擇。
對于這項(xiàng)研究的意義和未來，論文的另一位作者，材料科學(xué)和工程專業(yè)的助理教授 Evan Reed 表示：“我們的方案能夠處理關(guān)于材料的許多問題，有助于增加這個領(lǐng)域的研究投資效果。隨著現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)據(jù)量的增長和計算機(jī)性能的提高，我們的創(chuàng)新能力將以指數(shù)方式增加。無論是鋰電池、燃料電池還是其他的各種電池，這個領(lǐng)域的研究都具有重大的意義。”
