【高工鋰電綜合報(bào)道】
談及鋰電池安全問題就不得不提到讓眾多消費(fèi)者心有余悸的Galaxy Note 7手機(jī)電池爆炸事件，三星為此召回了近200萬臺Note 7手機(jī)。這項(xiàng)災(zāi)難性事件使得三星第三季度凈利潤同比下降16.8%，以及移動部門季度利潤創(chuàng)下自六年前首次推出Galaxy系列手機(jī)產(chǎn)品線以來的最低記錄。
為了提高鋰電池的安全性能，過去幾十年來科學(xué)家們一直在尋求可以替代鋰離子電池中易燃電解液的安全材料。近期斯坦福大學(xué)的研究員們通過人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，找到了20多種固體電解質(zhì)，據(jù)稱它們在未來有可能替代易燃電解液應(yīng)用在手機(jī)、筆記本以及其他電子設(shè)備中，旨在提高電池的安全性能。這項(xiàng)研究成果近期發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。
論文的第一作者、研究的帶頭人、應(yīng)用物理方面的博士研究生Austin Sendek表示電解液在電池中起到了在正負(fù)電極之間傳遞鋰離子的作用。電解液成本低、導(dǎo)電性能好，然而電池一旦過熱或者短路，電解液則非常容易著火，帶來的安全隱患是巨大的。Sendek認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)最主要的優(yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性高，而且相比于有機(jī)溶劑，固體不易爆炸和揮發(fā)，同時還會使得電池的結(jié)構(gòu)更強(qiáng)。
在過去長時間的實(shí)驗(yàn)和試錯的過程中，科學(xué)家們一直都沒能找到和電解液一樣便宜，并且在室溫下就具有量好導(dǎo)電性的固態(tài)電解質(zhì)。此次的斯坦福實(shí)驗(yàn)小組并沒有使用傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，隨機(jī)的對單個化合物進(jìn)行測試，而是利用了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。
團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)搭建了一個預(yù)測模型?；诂F(xiàn)有的數(shù)據(jù)，成員們訓(xùn)練出了一種計(jì)算機(jī)算法，它可以去辨別固態(tài)電解質(zhì)化合物的好壞。這個過程和人臉識別很類似，機(jī)器在觀察幾個給出的樣本后，通過深度學(xué)習(xí)不斷提高辨認(rèn)的準(zhǔn)確度。
Sendek表示“已知的含鋰化合物的數(shù)量有幾萬個，我們做過測試的僅占很小一部分，然而其中一些化合物可能就是我們正在尋找的完美的導(dǎo)體。因此我們建立了一種計(jì)算模型，它通過對我們已經(jīng)得出的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以從巨大的化合物數(shù)據(jù)庫種挑選出有可能達(dá)到我們要求的材料。并且這種篩選方法的速度比我們現(xiàn)有篩選方法的速度要快100萬倍左右。”
為了建立這種計(jì)算模型，Sendek花費(fèi)了大概兩年的時間收集了所有和含鋰固態(tài)化合物相關(guān)的已知科學(xué)數(shù)據(jù)，工程量之大可想而知。這項(xiàng)論文的高級作者，材料科學(xué)和工程專業(yè)的助理教授Evan Reed在采訪中表示“為了建立這個模型，Austin收集了和這些材料相關(guān)的所有的人類智慧，以及過去幾十年的測量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
正是這些數(shù)據(jù)使得Austin得以建立一個具有預(yù)測能力的模型，預(yù)測某種材料是會是好的固態(tài)電解質(zhì)。這種方法使得我們可以以比較快的速度對所有的含鋰化合物進(jìn)行篩選，從而找出適合進(jìn)一步研究的最佳候選材料”。
這個預(yù)測模型使用了幾個評判標(biāo)準(zhǔn)對候選材料進(jìn)行篩選，包括穩(wěn)定性、成本、富含量、鋰離子導(dǎo)電能力以及在電池電路中為電子重新規(guī)劃路徑的能力。候選的材料是從“ The Materials Project”數(shù)據(jù)庫中挑選出來的，科學(xué)家們可以從這個數(shù)據(jù)庫中探索上千個材料的物理和化學(xué)性能。
Sendek告訴記者“我們對超過12000個含鋰化合物進(jìn)行了篩選，挑出了21個比較有潛力的固態(tài)電解質(zhì)，整個篩選過程只需大概幾分鐘。我的大部分時間其實(shí)都用來收集和管理所有的數(shù)據(jù)，以及開發(fā)定義模型預(yù)測準(zhǔn)確度的度量機(jī)制。”研究人員們最終決定對這21種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試，從而決定哪一種材料更適合應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)場景中。
Reed表示“我們的方法可以解決多種和材料相關(guān)的問題，并且可以提升這些領(lǐng)域的研究投資效果。隨著數(shù)據(jù)量的增多以及電腦技術(shù)的提高，我們的創(chuàng)新能力也將以指數(shù)形式提升。”
