Die KI findet neue Materialien zur Herstellung von Batterien mit 70 % weniger Lithium

Künstliche Intelligenz ermöglicht es der Wissenschaft, viele Bereiche mit völlig neuen Projekten und Innovationen zu revolutionieren. So zum Beispiel die neuen experimentellen Batterien, die die Lithiumbatterien ersetzen werden. Erfahren Sie mehr über den ersten Prototypen, der bereits gebaut wurde.

Grenzen und Gefahren von Lithium-Ionen-Batterien

Microsoft

Microsoft und PNNLS, das Pacific Northwest National Laboratory des US-Energieministeriums, haben das "Project Bottle Rocket" ins Leben gerufen, das es ermöglicht, Batterien zu entwickeln, die den Einsatz von Lithium um 70 % reduzieren. Lithiumbatterien haben das Potential, das Universum der Technologie zu erobern, da sie eine leistungsstärkere und leichtere Energiequelle als frühere Energieträger darstellen. Aber es gibt bestimmte Einschränkungen und Zweifel im Zusammenhang mit ihrer Verwendung. Dazu gehören Sicherheitsrisiken, da sie sich überhitzen können, was zu Kurzschlüssen, potenziellen Bränden oder Explosionen führen kann- Aber auch ihre begrenzte Lebensdauer ist ein Nachteil: Nach einer Reihe von Verwendungen und somit Lade- und Entladezyklen müssen sie ersetzt werden. Darüber hinaus kann ihre Funktionsfähigkeit bei extremen Temperaturen beeinträchtigt werden. Ganz zu schweigen von den negativen Auswirkungen auf die Umwelt und der schlechten Verfügbarkeit der Rohstoffe, die die Suche nach alternativen langfristigen Lösungen erforderlich machen.

Diese scheinen nun gefunden zu sein: Microsoft und PNNL haben eine neuartige und experimentelle Batterie entwickelt, die die meisten dieser Probleme lösen könnte. Ein Team von Wissenschaftlern hat mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und Hochleistungsrechnern 32,6 Millionen Materialien, von denen viele in der Natur nicht vorkommen, auf ihre mögliche Verwendung in neuen Batterien hin untersucht. Diese Arbeit wurde in nur achtzig Stunden durchgeführt und hätte früher zwanzig Jahre in Anspruch genommen. Die dabei gewonnenen Daten legten den Grundstein für die Entwicklung neuer Batterien mit weniger Lithium, das wie gesagt keineswegs umweltfreundlich ist. Das PNNL untersuchte die besten Kandidaten für den Ersatz von Lithium und entwickelte einen völlig neuen Batterieprototypen.

Dank künstlicher Intelligenz wurden neue Materialien für Batterien gefunden

Microsoft

Die neue Batterie hat die Größe einer kleinen Münze und verspricht, obwohl sie sich noch im Versuchsstadium befindet, viel weniger Lithium zu verbrauchen und Energie aufladen zu können. Derzeit gibt es schätzungsweise 200 000 geeignete Materialien, aber die Materialwissenschaftler forschen weiter, um diese Zahl zu erhöhen. Die Suche nach neuen Lösungen könnte dazu beitragen, einige der Probleme im Zusammenhang mit dem Schutz unseres Planeten zu lösen und alternative Wege in unetrschiedlichen Bereichen aufzuzeigen. Dank Hochleistungsrechnern und künstlicher Intelligenz ist all dies nun in sehr kurzer Zeit möglich.

Nathan Baker, Senior Director of Chemistry and Materials Partnerships bei Microsoft und Autor der Studie, die derzeit zur Begutachtung ansteht, sagte: "Das ist eine neue Art, Wissenschaft zu betreiben". In der Studie wurde die zuvor vorgestellte Azure Quantum Elements-Plattform des Unternehmens als Werkzeug eingesetzt, um die Suche nach neuen Materialien zu beschleunigen. Ausgehend von den bereits bekannten und verfügbaren Materialien "können wir im Grunde das Periodensystem durchblättern und durch einen Substitutionsprozess neue Atome an verschiedenen Positionen ersetzen".

Azure Quantum Elements eliminierte schnell Materialien, die als instabil, gefährlich oder zu teuer galten, um Lithium in Batterien zu ersetzen, und fand schließlich die Antwort und besiegelte die Zusammenarbeit zwischen Microsoft und dem PNNL, die drei Jahre dauern und sich auf die technologische Herausforderung der Entwicklung neuer Batterien konzentrieren wird. Derzeit treiben Lithium-Ionen-Batterien die meisten Elektrofahrzeuge an, darunter Autos, Motorroller und E-Bikes, die weltweit immer beliebter werden.

Dies ist das Material, welches für den Prototypen der Batterie mit 70% weniger Lithium benutzt wird

Dan DeLong for Microsoft

Microsofts Arbeit zielt auf die Realisierung einer Festkörperelektrolytbatterie mit höherer Energiedichte als Flüssig-Ionen-Batterien und ohne Brandgefahr ab. Das gewählte Material enthält zwar immer noch einen geringen Anteil an Lithium, dieser wird jedoch um 70 Prozent reduziert. Nachdem die künstliche Intelligenz darauf trainiert wurde, die verschiedenen Materialien und ihre Energieeigenschaften zu erkennen, schlug das Team eine große Zahl an Möglichkeiten vor. Anschließend wurden die Materialien gefiltert, um die besten Kandidaten herauszufiltern, die in fester Form vorliegen mussten und nicht für potenziell gefährliche Reaktionen anfällig sein durften.

Als Microsoft die Ergebnisse an das Pacific Northwest National Laboratory übermittelte, prüfte Vijay Murugesan, Leiter der Materialwissenschaftlichen Gruppe des Labors und Mitautor der Arbeit, die 120/130 vorgeschlagenen Verbindungen und fand einige wirklich vielversprechende Möglichkeiten: Das Material, das diese Herausforderung meistern könnte und im Prototyp verwendet wird, enthält Lithium, Natrium, Chlorid und Yttrium. Das Team arbeitet jedoch noch an der neuen Batterie und prüft zusätzlich zwei weitere Kandidaten. Wird dieses Projekt wirklich eine endgültige Lösung für das globale Problem der Lithium-Ionen-Batterien bieten, indem es eine praktikablere, haltbarere und risikofreiere Alternative vorschlägt? Wir müssen nur auf den Prototyp warten, um diese neue Ära der Technologie zu verfolgen.