2022年11月01日 | 人工智能如何指导机器人优化锂离子电池

2022-11-01 来源：IEEE电气电子工程师

尖端电子产品，包括电动汽车和的智能手机，都依赖于电池，而这些电池的化学成分仍然在很大程度上是通过人工反复试验手动开发的。现在，一项新的研究表明，可以指导快速找到先进的新电池配方。9月27日，一组科学家在《自然通讯》杂志上在线介绍了他们的发现。

开发新电池的传统技术可能需要数年时间，因为研究人员必须对许多可能的组件进行实验。由于需要实现多个相互竞争的目标，如更长的寿命、更大的容量、更快的充电和更高的安全性，使得这一过程变得更加复杂。

卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）能源技术专家、《自然通讯》（Nature CommunicaTIons）论文的联合高级作者Jay Whitacre表示：“你在电动汽车中发现的锂离子电池可能含有一种主要盐，通常是六氟磷酸锂，以及两种或三种溶解盐的液体溶剂和一种或两种秘密添加剂。所有这些成分都有许多令人信服的潜在组合，可能含有多种盐、五种或六种以上的溶剂、多种添加剂，这可能非常复杂。”

在这项新的研究中，研究人员试图通过将名为Clio的机器人平台与名为Dragonfly的人工智能相结合来加速电池开发，以便以自主方式找到电池组件的最佳组合。

Whitacre说：“这就像把花生酱和巧克力放在一起。我是一个实验主义者，一直想找到一种方法，以自动化的方式混合电池中的化学物质。”而该研究的联合资深作者Venkat Viswanathan“是一个计算机建模机器学习者，他想帮助人们脱离循环的限制”。

在新的研究中，该系统自主实验了六氟磷酸锂盐和溶剂碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯。（在锂离子电池中，盐溶解在一种或多种溶剂中形成液体电解质。锂离子从一种电解质移动到另一种电解质以携带电荷。）

机器人系统使用泵将各种溶剂组合注入带有锂镍锰钴氧化物阴极和石墨阳极的袋子中。Whitacre说：“没有人告诉系统该做什么；而是系统决定了该做什么。”在两个工作日内的42次实验中，该系统自动识别出六种电解质，它们比传统电解质组合物充电更快。这种方法对新化学物质的撞击速度是通过随机搜索发现它的速度的六倍。

研究人员指出，他们的系统每天可能比普通人类操作员进行更多的实验测量，并使用大约只是30%的实验室材料。在未来，他们认为他们的系统可能会被证明是做这项工作的人的20到1000倍。

这些实验的唯一目标是让电池充电更快。然而，科学家们指出，这个系统也可以同时追求多个目标。

Whitacre说：“随着我们越来越多地投入到这个项目中，我们的目标是真正的探索和发现，将更复杂的电解液组合放入许多测试电池中，看看哪些有效，哪些无效。”

编辑：黄飞

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