Програма с изкуствен интелект е идентифицирала материал, който не се среща в природата и който може да намали количеството литий, използвано в батериите, с до 70%. Новият материал, представляващ смес от натриеви, литиеви, итриеви и хлоридни йони, е вид смесен метален хлорид и е намерен за най-добрия вариант измежду 32 милиона кандидати.

Литият е основният компонент в акумулаторните батерии и търсенето на метала рязко нарасна през последните години. Процесът на добив за получаване на елемента обаче е особено енергоемък и често води до трайно замърсяване на водата и земята. Това означава, че много компании търсят алтернативни материали, от които да произвеждат батерии.

Тихоокеанската северозападна национална лаборатория (Pacific Northwest National Laboratory - PNNL) си сътрудничи с Microsoft, за да направи точно това. Използвайки инструмента Azure Quantum Elements на Microsoft, изследователите провериха потенциални нови материали, които могат да се използват в нисколитиеви батерии.

Батериите работят, като пренасят заредени частици напред-назад между положителните и отрицателните полюси, наречени електроди. Когато проводниците са свързани, литиевите йони се движат от отрицателния електрод през проводящо вещество, наречено електролит, към положителния електрод. В същото време електроните се движат в същата посока през проводниците, което позволява да се черпи енергия от батерията.

За целите на това проучване изследователите се фокусират върху материали с твърди електролити, които учените се надяват да разработят като по-безопасна и по-ефективна алтернатива на сегашните течни електролити. От решаващо значение е, че материалът на електролита трябва да бъде съвместим с електродите и да позволява на литиевите йони да преминават лесно през него, като същевременно напълно блокира движението на електрони през батерията.

Те започнаха с повече от 32 милиона възможни кандидати, генерирани чрез размяна на различни елементи в съществуващи електролитни структури, и използваха комбинация от техники за изкуствен интелект, за да филтрират материалите въз основа на техните свойства.

След това екипът избра девет други критерия и използва изкуствен интелект, за да ги приложи последователно, като подреди кандидатите по техните електронни свойства, цена и здравина, за да стесни кръга до 18 финалисти - всичко това за 80 компютърни часа.

Изследователите синтезират серия от тези крайни материали, които съдържат литий, натрий, редкоземния елемент итрий и хлоридни йони в различни пропорции. Интересното е, че тази смес от литий и натрий позволява на материала да провежда и двата вида йони - нещо, което досега се смяташе за невъзможно - и би могъл да работи и в натриево-йонни батерии. По-специално един от вариантите с високо съдържание на натрий съдържа 70% по-малко литий от конвенционална батерия, което би могло драстично да намали цената и въздействието на тези батерии върху околната среда в бъдеще.

След това екипът тества електронните свойства на кандидатите. Йонната проводимост - колко бързо могат да се движат литиевите йони - е ключово свойство за електролита и определя колко бързо можете да заредите батерията. Това е от решаващо значение за електрическите превозни средства.

Конвенционалните литиево-йонни батерии използват електролит с течен органичен разтворител, който позволява на йоните да се движат бързо, което води до бързо зареждане. Но разтворителите са запалими, а страничните реакции с електродите влошават батерията с течение на времето. Предимството на твърдотелните електролити е, че те са химически по-стабилни и много по-малко запалими. Недостатъкът им е, че не придвижват литиевите йони толкова бързо, така че времето за зареждане е по-дълго.

Най-добре представилият се кандидат, идентифициран от ИИ, е с един порядък по-слабо проводим от днешните течни електролити - това е разликата между време за зареждане от 30 минути и пет часа, - така че електронните характеристики на материала ще трябва да се подобрят, преди да стане подходящ за практически приложения. Въпреки това изследователите са създали работещ прототип от крайния материал и са го използвали за захранване на електрическа крушка.

Снимка: Unsplash

Виж още: 76 от 100-те най-играни игри в Steam вървят на Steam Deck