بذار همین اول باهات روراست باشم: باتریهای لیتیوم-یونی واقعاً یه جورایی دنیا رو عوض کردن. از موبایلهامون بگیر تا ماشینای برقی—all چیزهایی که همیشه به برق و باتری نیاز دارن، تا حالا با همین تکنولوژی سر و کار داشتن.
ولی خب، لیتیوم دیگه داره یه کم خودش رو نشون میده. هم قیمتش بالاست، هم تو همه جای دنیا پیدا نمیشه، و از لحاظ محیطزیستی هم زیاد دوستداشتنی نیست. مخصوصاً وقتی تقاضا دارن هی رشد میکنه و دنیا دنبال باتریهای بهتر میگرده.
حالا یه خبر توپ برات دارم! یه تیم از دانشگاه فناوری نیوجرسی (NJIT)، با کمک هوش مصنوعی رفتهاند سراغ کشف مواد جدیدی که میتونن جایگزین لیتیوم تو باتریها بشن—اونم با موادی که هم خیلی راحتتر گیر میان هم ارزونتر هستن. حالا هوش مصنوعی یعنی چی؟ منظور همون AI هست که کلی چیز رو یاد میگیره و خودش تحلیل میکنه و حتی میتونه چیزای تازه بسازه!
نکته اصلی اینکه این دانشمندای باحال اومدن سراغ باتریهایی که بهشون میگن multivalent-ion یا چندظرفیتی (یعنی از عناصر چندبار مثبت مثل منیزیم، کلسیم، آلومینیوم، و روی استفاده میکنن). اینا برعکس لیتیوم که فقط یه بار مثبت حمل میکنه (یک یون مثبت داره)، اینا میتونن دوتا یا حتی سه بار مثبت حمل کنن! این یعنی هر یونشون انرژی بیشتری رو جابهجا میکنه و باتریها قویتر میشن.
ولی مشکل اینجاست که یونهای چندظرفیتی نسبت به لیتیوم درشتترن و راحت توی مواد معمول باتری حرکت نمیکنن. برای همین محققها مدتها به مشکل خورده بودن.
اینجا نقطهی عطف همینه که دانشمندا سراغ هوش مصنوعی زدن. پروفسور دتّا که سرپرست این پروژه بود، خودش گفته یکی از دردسرای اصلی این بود که تست کردن میلیونها ترکیب شیمیایی امکانپذیر نبود. خب معلومه! کی میتونه توی عالم واقعی بیاد همه این احتمالا رو یکییکی تست کنه؟
اینا برای حل این موضوع، یه مدل خفن هوش مصنوعی ساختن به اسم Crystal Diffusion Variational Autoencoder (یا همون CDVAE که یه جور مدل اتوانکودر برای دیتاهای ساختاری کریستالیه؛ یعنی یه سیستم که میتونه ساختارهای جدید مواد رو خودش پیشنهاد بده!).
کنارش هم یه مدل زبانی بزرگ (Large Language Model یا همون مدلهای هوش مصنوعی شبیه ChatGPT!) رو تنظیم کردن تا از بین مواد پیشنهاد شده، اونایی که احتمال ساخت واقعیشون توی دنیا بیشتره رو پیدا کنه. اینجا منظور از پایداری ترمودینامیکی همون چیزیه که بهمون میگه یه ماده تو شرایط واقعی میتونه ساخته بشه و خراب نمیشه یا منفجر نشه!
این دو مدل رو کنار هم گذاشتن و تونستن هزاران ساختار کریستالی جدید رو بررسی کنن—کاری که اصلاً شدنی نبود اگه فقط با آزمایشگاه میخواستیم انجامش بدیم.
نتیجه؟ پنج تا ساختار جدید کشف کردن که از اکسیدهای فلزی متغیر بودن و کانالهای باز و بزرگی داشتن، کاملاً مناسب برای حرکت راحت همین یونهای چندظرفیتی. این یعنی امکانت قویتر برای ساخت باتریهایی با ظرفیت و امنیت بالاتر!
برای اینکه مطمئن شن این موادی که هوش مصنوعی گفته واقعاً قابل ساخت و کاربردی هستن، شروع کردن به تست با شبیهسازیهای مکانیک کوانتومی (یعنی با استفاده از معادلات دقیق کوانتومی رفتار اتمها و مولکولها رو بررسی میکنن؛ این کار معمولاً تو علوم مواد کاربرد داره) و آزمایشات ترمودینامیکی. نتیجه هم مثبت بوده و نشون داده این مواد کاملاً میتونن در عمل ساخته بشن و بهبود چشمگیری در ذخیرهسازی انرژی داشته باشن.
پروفسور دتّا میگه این موفقیت فقط برای باتری نیست؛ بلکه یعنی از این به بعد میشه با سرعت بالا دنبال هر جور ماده پیشرفته دیگه هم گشت—از ابزارهای الکترونیکی تا راهکارهای انرژی پاک یا حتی کل صنعت مواد. یعنی به جای سالها سعی و خطا، میشه با کمک هوش مصنوعی سریتر و دقیقتر مواد جدید رو پیدا کرد.
قراره مرحله بعدی کارشون رو هم با همکاری آزمایشگاهها شروع کنن تا این مواد رو واقعاً توی دنیا بسازن و تست عملی کنن. خلاصه یه باب جدید توی علم مواد و باتری داره باز میشه.
اگه دوست داری بیشتر بدونی یا مقاله اصلی رو بخونی، تو مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده. خلاصه اینطوری بگم، آینده باتریها با کمک هوش مصنوعی کلی جای مانور داره و شاید خیلی زود، باتریهای موبایل یا ماشینت از چیزی متفاوتتر و باحالتر از لیتیوم ساخته بشن! 🔋🤖
منبع: +
