医学的に言えば、電気自動車のバッテリーは扱いが難しい患者のようなもので、電解分解を起こし、エネルギーを失い、早期に劣化します。しかし、現在、英国の科学者チームが 国立アルゴンヌ研究所米国の研究者は、本物の化学「薬」を処方することで、この病気を治療する方法を見つけました。
冗談ではありません。彼らは、医者が患者に薬を処方するのと同じように、LNMO バッテリーの性能を向上させる添加剤を識別する AI モデルを開発したのです。
イル・リスタルト？ わずか数ヶ月で40%の性能向上と長年の研究成果が凝縮されました。あらゆるバッテリーを自己修復・再生可能なシステムに変革できるアプローチです。
バッテリーが劣化したとき：パフォーマンスの問題
Le LNMOバッテリー （リチウム、ニッケル、マンガン、酸素）は、多くの人がポータブルエネルギーの未来を担う材料だと考えています。5ボルト近くで動作し、優れたエネルギー容量を備え、高価で倫理的に問題のあるコバルトを必要としません。問題は？ 世界のEVバッテリー市場が81,41年に2025億XNUMX万ドルに達すると予測されていることからもわかるようにこれらの高電圧バッテリーは、従来の電解質の安定限界を超えています。
チェン・リャオ、化学者アルゴンヌ および上級研究員シカゴ大学は、この現象を非常にわかりやすく説明しています。
「携帯電話や電気自動車のバッテリーは通常、4ボルト程度の低電圧で動作します。しかし、5ボルトで動作するLNMOバッテリーは、既知の電解質の安定限界をはるかに超えています。」
これは、分解の加速、能力の喪失、そして早期劣化を意味します。まるで生物が急速に老化していくようなものです。
高電圧バッテリーの性能は、電解質の分解によって急速に低下します。電極と電解質の界面が不安定になり、内部抵抗が増加してエネルギー貯蔵容量が低下します。これはまさに私たちの体が病気になったときに起こる現象です。システムが正常に機能しなくなり、バランスを回復するために特定の薬剤が必要になります。
バッテリー性能の「処方箋」
この問題を解決するために、科学者たちは電解添加剤を使用しています。効果的な添加剤は、最初の数回の充電サイクルで分解し、電極上に安定した界面を形成します。これは保護膜として機能し、抵抗を低減して劣化を遅らせ、時間の経過とともにバッテリーの性能を向上させます。
しかし、何百もの可能性の中から適切な添加物を特定することは、従来の方法では長くて費用のかかるプロセスです。 ヒュー・ドアン、計算科学者 アルゴンヌは、このアプローチに革命を起こし、私たちを助けてくれる「特別な友人」を育成しました。
「従来、機械学習モデルを訓練するには大量のデータが必要だと考えられてきました。しかし、私たちの研究は、正確な予測モデルを構築するのに大量のデータは必要ないことを示しています。必要なのは、優れたデータセットだけです。」
バッテリードクターとしての人工知能
研究チームは、添加剤の化学構造とバッテリー性能への影響を関連付ける機械学習モデルを開発しました。Doan氏はこのプロセスを観察に基づく診断に例え、「これらの分子をどのように記述すれば、その記述子を用いて性能予測を行うことができるでしょうか？」と述べています。
このモデルは、添加剤の化学構造とバッテリー性能への影響との関連性を明らかにするように設計されています。厳選された28種類の添加剤を用いてシステムをトレーニングすることで、AIは抵抗やエネルギー容量といった特定のバッテリー特性に関連する分子特性を認識するようになりました。
その後、この知識を応用して 125 個の新たな候補をスクリーニングし、最初のデータセットのものと比較してバッテリーの性能を向上させる添加剤をいくつか特定しました。 ナトリウム電池に関するこの研究を強調した人工知能は、これまで考えられなかった方法で新しいエネルギー材料の発見を加速させています。
革命的なアプローチ： 実験室で何百もの化学物質の組み合わせをランダムにテストする（4～6ヶ月かかる）代わりに、AIは分子構造を分析することで、どの添加物が最も効果的かを予測します。これは、医師が症状を見て病気を診断し、最も効果的な治療法を即座に処方するようなものです。
バッテリーに有益な「精密医療」
結果は印象的だ。研究者たちは、新しいモデルを迅速に訓練した後、AIが特定した添加剤がインジウムアノード上にリチウムを均一に電気化学的に析出させることを確認した。他のアノード材料では、デンドライトが発生し、性能が損なわれる可能性がある。 バッテリー性能.
機械学習と実験科学を併用することで、材料発見への全く新しいアプローチが生まれます。彼は次のように説明しています。 材料化学のためのAIに関する研究私たちは、偶然の発見から予測的な設計への画期的な変革を目撃しています。
研究チームは、人間の病気を治すのと同じように、高電圧バッテリーを「治す」ことが可能であることを実証しました。つまり、症状（分解、高抵抗、容量低下）を特定し、適切な化学添加剤を処方してシステムを健全な状態に戻すのです。
パフォーマンス医学の未来
この研究は、魅力的な可能性を切り開きます。劣化が始まると自己診断し、状態を維持するために適切な添加剤を自動的に要求するバッテリーを想像してみてください。あるいは、充電プロセス中に修復分子を「投与」するスマート充電システム。
電気自動車への影響は甚大です。 自動車業界の推計によるとバッテリーは電気自動車の総コストの30～40%を占めています。 バッテリー性能 「スマート」な添加剤を使用することで、価格を大幅に下げ、自律性を高めることができます。
次のステップは？ アルゴンヌ すでにこのアプローチを他の新興技術と統合する取り組みを進めており、 固体電池 ハイブリッドスーパーキャパシタまで。目標は、人工知能による精密化学反応を通じて、あらゆるデバイスを「キュレーション」し、最適化できるエネルギーエコシステムを構築することです。
私たちはもはや単なるバッテリー製造にとどまりません。自己治癒力、早期診断、そして個別化治療を可能にするエネルギー生物を設計しています。それは、電気技術と私たちの関係を永遠に変える可能性のある、エネルギーのための薬です。
