Buzz
AI đóng vai trò then chốt trong việc tìm ra các vật liệu pin có hiệu suất cao, nhanh chóng hơn rất nhiều so với các phương pháp nghiên cứu truyền thống.
Các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo (Skoltech) và Viện AIRI đã đạt được bước tiến quan trọng trong công nghệ pin thể rắn. Pin mới này giúp xe điện (EV) di chuyển xa hơn tới 50% mỗi lần sạc, đồng thời nâng cao độ an toàn và tuổi thọ của pin.
Điểm đặc biệt của phát minh này là ứng dụng công nghệ học máy để đẩy nhanh quá trình tìm kiếm vật liệu pin mới, có hiệu suất vượt trội. Các nhà khoa học cho biết: "Việc cải thiện mật độ năng lượng, tốc độ sạc và độ ổn định của pin thể rắn có thể thực hiện qua cải tiến cấu trúc thiết bị hoặc vật liệu cấu thành. Hiểu rõ cơ chế vận chuyển ion là yếu tố then chốt để phát triển các chất dẫn ion tiên tiến."
Hình minh họa.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng mạng thần kinh nhân tạo có thể nhanh chóng tìm ra vật liệu tối ưu cho các thành phần quan trọng của pin thể rắn, như chất điện phân rắn và lớp phủ bảo vệ.
Hiện tại, xe điện chủ yếu sử dụng pin lithium-ion truyền thống với chất điện phân dạng lỏng, dù có nguy cơ cháy nổ thấp. Trong khi đó, pin thể rắn sử dụng chất điện phân rắn (như gốm sứ) để dẫn ion lithium, giúp tăng đáng kể độ an toàn và mật độ năng lượng. Các nhà sản xuất xe đã muốn ứng dụng công nghệ này từ lâu, nhưng vẫn gặp khó khăn trong việc tìm chất điện phân rắn phù hợp.
Artem Dembitskiy, tác giả chính của nghiên cứu và nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Skoltech cho biết: "Chúng tôi đã chứng minh rằng mạng thần kinh đồ thị (graph neural network) có khả năng nhanh chóng xác định vật liệu pin thể rắn mới với khả năng dẫn ion cao, nhanh hơn hàng nghìn lần so với phương pháp hóa lượng tử truyền thống. Điều này sẽ giúp thúc đẩy quá trình phát triển các vật liệu pin mới, như chúng tôi đã chứng minh khi phát hiện ra nhiều lớp phủ bảo vệ hiệu quả cho chất điện phân của pin thể rắn."
Hình minh họa.
Nghiên cứu cũng chỉ ra tầm quan trọng của các lớp phủ bảo vệ. Những lớp phủ này là yếu tố cần thiết để bảo vệ chất điện phân khỏi các cực dương lithium kim loại và cực âm có tính phản ứng cao. Nếu thiếu lớp phủ, hiệu suất pin sẽ suy giảm nhanh chóng và nguy cơ đoản mạch sẽ gia tăng đáng kể.
Theo trợ lý giáo sư Dmitry Aksyonov, đồng tác giả nghiên cứu: "Lithium kim loại ở cực dương là một chất khử mạnh, vì vậy gần như tất cả các chất điện phân hiện có sẽ bị khử khi tiếp xúc. Vật liệu cực âm lại là chất oxy hóa mạnh. Khi chất điện phân bị oxy hóa hoặc khử, cấu trúc của chúng sẽ mất đi tính toàn vẹn, dẫn đến giảm hiệu suất và có thể gây ra đoản mạch."
Hình minh họa.
Nhờ vào việc áp dụng thuật toán học máy, nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng sàng lọc và phát hiện các vật liệu tiềm năng, tìm ra những hợp chất lý tưởng cho hiệu suất và độ bền cao nhất.
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng phương pháp AI để phát hiện các vật liệu phủ mới cho Li10GeP2S12 – chất điện phân rắn hàng đầu hiện nay. Họ đã xác định được các hợp chất đầy triển vọng như Li₃AlF₆ và Li₂ZnCl₄, mở ra con đường cho sự ra đời của những thế hệ pin thể rắn hiệu quả và bền bỉ hơn trong tương lai.
