Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες: 5 υλικά που βρέθηκαν μέσω τεχνητής νοημοσύνης φέρνουν την επανάσταση

Η επόμενη γενιά μπαταριών θα βασιστεί όχι στο πανάκριβο λίθιο, αλλά σε υλικά που υπάρχουν άφθονα στο περιβάλλον, όπως το μαγνήσιο, το ασβέστιο, το αλουμίνιο και ο ψευδάργυρος. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Cell Reports Physical Science, η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να αξιοποιηθεί για να εντοπίσει εντελώς καινούργια υλικά που θα μπορούσαν να φέρουν την επανάσταση στην αποθήκευση ενέργειας.

Τα μεγάλα ιόντα και η πρόκληση της μετακίνησής τους

Η βασική ιδέα είναι να αντικατασταθούν τα ιόντα λιθίου, τα οποία φέρουν ένα θετικό φορτίο— με ιόντα όπως του μαγνησίου ή του αλουμινίου, που κουβαλούν δύο ή και τρία θετικά φορτία. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια ανά ιόν, κάτι που τα καθιστά ιδανικά για απαιτητικές εφαρμογές, όπως τα ηλεκτρικά οχήματα.

Ωστόσο υπάρχει ένα πρόβλημα. Τα ιόντα μαγνησίου και αλουμινίου είναι μεγαλύτερα σε όγκο. Αυτό τα κάνει πιο αργά και προκαλεί δυσκολίες στη μετακίνηση μέσα στο υλικό μιας μπαταρίας. Στις μπαταρίες τα ιόντα πρέπει να κυκλοφορούν ελεύθερα, να μετακινούνται από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο και αντίστροφα. Όταν αυτά τα μεγάλα ιόντα μπλοκάρονται ή προκαλούν ζημιές στο εσωτερικό του υλικού, η απόδοση πέφτει και η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μειώνεται.

Γιατί η αναζήτηση του ιδανικού υλικού είναι τόσο δύσκολη

Σε αυτή την περίπτωση, η τεχνητή νοημοσύνη επιστρατεύθηκε για να προβλέψει υλικά που έχουν μεν μεγάλο φορτίο, αλλά σχετικά μικρό όγκο, ώστε να μπορούν να κινηθούν άνετα ανάμεσα στους πόλους της μπαταρίας. Μέχρι σήμερα η έρευνα τέτοιων υλικών βασιζόταν σε πειράματα στο εργαστήριο. Οι επιστήμονες δοκίμαζαν διάφορους συνδυασμούς χημικών στοιχείων, ένα προς ένα, διαδικασία που θα μπορούσε να διαρκέσει χρόνια. 

Σύμφωνα με το The Brighter Side News η ομάδα του Τεχνολογικού Ινστιτούτου του Νιου Τζέρσεϊ (NJIT) αποφάσισε να δοκιμάσει μια διαφορετική προσέγγιση. Χρησιμοποίησε ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης, ειδικά εκπαιδευμένο να «γεννά» νέες χημικές δομές. Αυτή η μορφή τεχνητής νοημοσύνης εντόπισε πολύ γρήγορα πέντε ολοκαίνουργια υλικά, που δεν είχαν ξαναδημιουργηθεί ή προβλεφθεί.

Από τη θεωρία στην πράξη: Πέντε νέα υλικά με τη σφραγίδα της ΑΙ

Τα νέα αυτά υλικά είναι μεταλλικά οξείδια με πορώδη δομή, ιδανικά για τη μεταφορά μεγάλων φορτίων. Η τεχνητή νοημοσύνη «επέλεξε» αυτά που έχουν μεγάλα, ανοιχτά κανάλια στο εσωτερικό τους —μια κρίσιμη απαίτηση για τις νέες μπαταρίες. Αυτή η δυνατότητα μετατροπής της θεωρίας σε πρακτικές εφαρμογές είναι που κάνει τη διαφορά.

Αφού η ΑΙ πρότεινε τα πέντε υλικά, η ομάδα προχώρησε σε δοκιμές με βάση την κβαντική μηχανική, για να διαπιστώσει αν είναι σταθερά και μπορούν να παραχθούν στο εργαστήριο. Οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν ότι τα υλικά αυτά έχουν εξαιρετικές ιδιότητες για την κυκλοφορία ιόντων και θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για νέες, πιο ισχυρές και βιώσιμες μπαταρίες. Η εφαρμογή τους θα επεκτείνεται σε διάφορα πεδία, όπως σε φωτοβολταϊκά πάνελ, καταλύτες ή ακόμα και μικροτσίπ νέας γενιάς, επιταχύνοντας την καινοτομία και ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην τεχνολογία.