Robot và AI tăng tốc độ khám phá các thiết kế pin mới

VietTimes – Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Carnegie Mellon, Mỹ đã phát triển một cách tiếp cận mới để đẩy nhanh quá trình thiết kế và chế tạo ra các loại pin được tối ưu hóa với hiệu quả cao.

Các tổ hợp pin lithium-ion. Ảnh minh họa Tech Xplore

Các tổ hợp pin lithium-ion. Ảnh minh họa Tech Xplore

Khi doanh số các thiết bị điện tử cầm tay tăng vọt và các nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang sản xuất xe điện, nhu cầu về pin có thời gian khai thác sử dụng lâu dài và tốc độ sạc nhanh chóng cũng tăng lên.

Nhưng đến thời điểm này, khoa học phát triển pin mới phục vụ những nhu cầu lưu trữ điện năng ngày càng tăng đang tụt hậu. Quy trình hầu như thủ công, liên quan đến việc sử dụng trực giác của các nhà hóa học cùng với lao động bền bỉ thử nghiệm vô số lần. Những nỗ lực phát triển pin như vậy cần mất rất nhiều năm. Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học ở Pittsburgh tìm cách tăng tốc quá trình phát triển pin bằng phương pháp sử dụng các kỹ thuật tự động hóa.

Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu mô tả phương pháp ghép nối một robot pha chế độc đáo với hệ thống học tập AI để chế tạo chất điện phân lỏng không nước hiệu quả cao.

Trọng tâm của hầu hết các thiết kế pin là sáng tạo ra chất điện phân pin lithium-ion không chứa nước hoạt động hiệu quả hơn so với những loại pin được phát triển trước đó. Các nhà nghiên cứu có xu hướng tìm cách tối ưu hóa độ dẫn ion. Để đẩy nhanh quá trình tìm kiếm các hợp phần, nhóm nhà khoa học sáng tạo một robot, mang tên là Clio, tiếp nhận các hóa chất, được sử dụng để tạo ra chất điện phân và làm theo một số hướng dẫn, chế tạo ra một số mẫu.

Sau đó, nhóm nghiên cứu bổ sung thêm một máy tính chạy ứng dụng AI Học sâu (được gọi là Dragonfly) chấp nhận dữ liệu từ Clio và từ những cảm biến trong chất điện phân do robot sản xuất. Dragonfly phân tích các mẫu, sau đó đề xuất những cải tiến có thể có. Clio tiếp nhận những cải tiến và sử dụng để tạo ra một mẫu mới. Hệ thống tái lặp này được thực hiện nhiều lần (mỗi lần mất khoảng 2 ngày) với chất điện giải dần dần được cải thiện. Tại một điểm theo các thông số lý hóa do các nhà khoa học chỉ định, cặp thiết bị ngừng hoạt động, cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra, thử nghiệm các sản phẩm đã được sản xuất.

Robot và AI tăng tốc độ khám phá các thiết kế pin mới ảnh 1

Sơ đồ của thí nghiệm chế tạo chất điện phân tự động của robot “Clio.” Sử dụng một loạt hai máy bơm lập trình để định lượng và chuyển một mẫu chất lỏng. Ảnh: Nature Communications. Năm 2022.

Trong nhiều lần thử nghiệm, các nhà khoa học nhận thấy, hệ thống ghép nối 2 thiết bị hoạt động như mong muốn, các mẫu chất điện phân được cải thiện dần, loại tốt nhất được tìm thấy cho hiệu quả hơn 13% so với các loại pin hiệu suất cao nhất hiện nay trên thị trường.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục tinh chỉnh hệ thống để cho phép thử nghiệm nhiều mục đích hơn với các chất hóa học và tăng nhanh tốc độ chế tạo các hợp chất điện giải.

Theo Tech Xplore