Блог компании BotHub. Автор: Катя @Lithium_vn. Литий-ионные батареи, как известно, являются источником питания множества гаджетов, электромобилей и других устройств, без которых трудно представить нашу повседневную жизнь. В перспективе роль подобных накопителей энергии существенно возрастёт. Они призваны обеспечить резервное электроснабжение в рамках концепции «зелёных» возобновляемых энергосистем за счёт аккумулирования энергии ветра и солнца.

При этом добыча лития наносит ощутимый экологический ущерб, а цены на него постоянно растут. Потенциальный поиск альтернатив занял бы годы кропотливых исследований и тестирования миллионов вариантов новых материалов. Однако команда под руководством Нейтана Бейкера из Microsoft смогла решить эту задачу всего за несколько месяцев, опираясь на мощь искусственного интеллекта. Им удалось разработать опытный образец батареи с содержанием лития на 70% меньше относительно ряда альтернатив.

В основе этого прорыва лежит идея твёрдотельных аккумуляторов, в которых отсутствуют жидкие компоненты. Учёные сосредоточили усилия на поиске новых материалов для ключевого функционального элемента подобных батарей – электролита, обеспечивающего перенос заряда. Изначальный массив потенциальных кандидатов насчитывал 23,6 млн соединений – производных традиционных электролитов с модифицированной структурой и частичной заменой атомов лития. Далее на основе алгоритмов AI был произведён расчёт стабильности и эффективности предложенных веществ, а также моделирование их поведения в реальных условиях работы батареи. В итоге за считанные дни первоначальный список сократился до сотен наиболее многообещающих кандидатов, среди которых были обнаружены ранее не изучавшиеся соединения.

После серии дальнейших этапов отсеивания команда исследователей в конечном итоге выбрала один из вариантов, предложенных ИИ, для синтеза в лаборатории. Это соединение выделялось тем, что половина ожидаемых атомов лития в его составе была замещена на натрий. По словам одного из исследователей, Вираджи Муругесана, подобный рецепт электролита является в высшей степени новаторским, а сочетание двух элементов открывает фундаментальные вопросы о физике работы материала внутри батареи.

Команде удалось создать работающий аккумулятор на основе данного вещества, однако его проводимость оказалась ниже, чем у аналогичных прототипов с бóльшим содержанием лития. Как отмечают исследователи, предстоит ещё множество работы по оптимизации новой батареи. Тем не менее, весь процесс – от первого разговора с командой Microsoft до создания функционального устройства, способного зажечь лампочку – занял около девяти месяцев.

Методы, использованные в работе, являются передовыми с точки зрения инструментов машинного обучения, а результаты приятно впечатляют.

Давайте вместе окунемся в процесс исследования!