جديد العلوم

الروبوتات وتحسين بطاريات الليثيوم أيون

تعتمد الالكترونيات المتطورة، بما في ذلك السيارات الكهربائية وأحدث الهواتف الذكية، على البطاريات التي لا تزال كيميائياتها مطورة إلى حد كبير يدويًا عن طريق التجربة والخطأ. الآن، كشفت دراسة جديدة أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يوجه الروبوتات في العثور بسرعة على تركيبات بطاريات جديدة متطورة.

قام فريق من العلماء بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت في 27 سبتمبر في مجلة Nature. مجال الاتصالات. قد تستغرق الأساليب التقليدية لتطوير بطاريات جديدة سنوات لأن الباحثين يجب أن يجربوا العديد من المكونات الممكنة. هذا الأمر معقد بسبب الحاجة إلى تحقيق أهداف منافسة متعددة، مثل عمر أطول، وسعة أكبر، وشحن أسرع، وأمان محسن.

“قد يحتوي نوع بطارية أيون الليثيوم التي قد تجدها في سيارة تسلا EV على ملح أساسي واحد – عادةً سداسي فلورو فوسفات الليثيوم – بالإضافة إلى اثنين أو ثلاثة من المذيبات السائلة التي يذوب فيها الملح وإضافات واحدة أو اثنتين تكون سرية”، كما يقول جاي ويتاكري ، تقني الطاقة في جامعة كارنيجي ميلون الذي شارك في كتابة ورقة الطبيعة. “هناك العديد من التركيبات المحتملة المقنعة لجميع هذه المكونات، من المحتمل أن تحتوي على أملاح متعددة، وخمسة أو ستة مذيبات أو أكثر، وإضافات متعددة، والتي يمكن أن تكون معقدة بشكل لا يصدق.”

في الدراسة الجديدة، سعى الباحثون إلى تسريع تطوير البطارية من خلال ربط منصة روبوتات تسمى Clio مع ذكاء اصطناعي يسمى Dragonfly من أجل العثور على أفضل مزيج من مكونات البطارية بطريقة مستقلة.

تقول Whitacre: “إن الأمر يشبه وضع زبدة الفول السوداني والشوكولاتة معًا”. “أنا الخبير التجريبي الذي لطالما أراد إيجاد طريقة لخلط المواد الكيميائية للبطاريات بطريقة آلية” ، في حين أن فينكات فيزواناثان المشارك في الدراسة “هو الشخص الذي يعمل في مجال التعلم الآلي للنمذجة الحاسوبية والذي أراد إخراج الأشخاص من الحلقة “.

في الدراسة الجديدة، جرب النظام بشكل مستقل ملح سداسي فلورو الفوسفات الليثيوم والمذيبات كربونات الإيثيلين وكربونات الإيثيل الميثيل وكربونات ثنائي ميثيل. (في بطارية ليثيوم أيون، يذوب الملح في واحد أو أكثر من المذيبات لتكوين سائل إلكتروليت. تنتقل أيونات الليثيوم من إلكتروليت إلى آخر لتحمل شحنة كهربائية.)

استخدم النظام الآلي مضخات لحقن مجموعات مختلفة من المذيبات في أكياس بها كاثود أكسيد الكوبالت والنيكل والمنغنيز وأنود الجرافيت. “لم يكن هناك شخص يخبر النظام بما يجب أن يفعله ؛ يقول ويتاكر إن النظام قرر ما يجب فعله.

في 42 تجربة على مدى يومي عمل ، حدد النظام بشكل مستقل ستة إلكتروليتات تتيح شحنًا أسرع من تركيبة الإلكتروليت التقليدية. ضرب هذا النهج الكيمياء الجديدة أسرع بست مرات مما كان من المحتمل أن يتم اكتشافه من خلال بحث عشوائي.

لاحظ الباحثون أن نظامهم من المحتمل أن يقوم بإجراء قياسات تجريبية يوميًا أكثر من متوسط ​​المشغل البشري ويستخدم حوالي 30 بالمائة من العديد من المواد المعملية. في المستقبل ، يقترحون أن نظامهم قد يكون أكثر كفاءة من 20 إلى 1000 مرة من الأشخاص الذين يقومون بهذا العمل.

كان الهدف الوحيد من هذه التجارب هو شحن البطارية بشكل أسرع. ومع ذلك ، لاحظ العلماء أن هذا النظام يمكنه أيضًا متابعة أهداف متعددة في وقت واحد.

يقول ويتاكر: “بينما نغوص أكثر وأكثر في هذا المشروع ، فإننا نهدف إلى الاستكشاف والاكتشاف الحقيقيين مع مجموعات محتملة أكثر تعقيدًا من الإلكتروليتات الموضوعة في العديد من خلايا الاختبار لمعرفة ما الذي ينجح وما لا يعمل”.

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى