人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

人工智能正在彻底改变地球上几乎所有的行业。从优化农场到发明新药,甚至让工程师相信他们还活着,人工智能正在迅速改变我们生活的方方面面。北卡罗来纳大学的一个团队现在正在使用人工智能开发终极电池,这种电池将具有极高的能量密度、持久性、快速充电和环保性。那么这个人工智能是如何完成这个令人难以置信的壮举的呢?我们什么时候能拿到这个电池?我们能用如此出色的技术做什么?欢迎来到氟离子电池的奇妙世界。

人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

氟离子电池示意图

什么是氟离子电池?从功能上讲,它们与我们在手机和汽车中使用的锂离子电池相同。这意味着氟离子(离子是没有电子的原子)从阴极通过电解质到达阳极以存储电荷并以另一种方式返回以释放电荷。

然而与锂离子不同,氟离子更紧凑,可以非常紧密地结合在一起。这意味着,理论上氟化物电池的能量密度是当今锂离子电池的十倍。想象一下,如果你用相同质量的特斯拉 Model 3 Long Range电池组更换电池组,同时使用这种理论上的氟化物化学物质,每次充电可以行驶 3400 英里!

人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

氟离子电池结构

氟(氟化物的元素形式)是地壳中的含量要丰富得多,与锂的第 33 多的元素相比,它是第 13 多的元素。更重要的是,与锂不同,氟在萤石和氟化钙等常见矿物质中很容易获得。这意味着氟离子电池的制造可能比锂离子电池更便宜、更环保。

既然氟离子电池这么好,我们为什么不立即使用这项技术呢?的确,氟离子电池还存在着一些尚未解决的问题,比如,有很多材料可以很容易地让锂离子通过它们,但很少有材料可以对氟离子做同样的事情。这使得很难找到能够在氟化物电池中制造电解质的材料,更不用说功能良好了。所以尽管氟离子电池的能量密度令人难以置信,但大多数氟化物电池一直表现很垃圾,只持续几次充电就发生了大规模降解。要找到可以解锁这种潜在改变游戏规则的材料需要数十年的艰苦计算和反复试验电池。

人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

氟离子电池对材料的选择要求较高

这就是桑德伯格和他来自北卡罗来纳大学的同事的用武之地。他们训练了一个人工智能在几周内而不是几十年内找到这种神奇的材料。

首先,他的团队确定了可能完成这项工作的 10000 种材料,然后随机选择了其中的 300 个,并计算了它们的氟化物传输能力。这是一个漫长而费力的过程,因为每次计算都需要一周时间!一旦得到结果,他们就用这个结果来训练人工智能。该团队通过其他 9,700 种材料运行该程序,希望找到它们的完美匹配,最终他们做到了。

根据计划,锌和钛基材料(ZnTiF⁶)脱颖而出。其惊人的存储容量使其成为氟化物电池的完美电解质,更重要的是,它并不太贵,而且可以在实验室合成。与锂离子相比,原材料的开采对环境造成的破坏要小得多。简而言之,这可能表明桑德伯格正在开发一种高能量密度、低成本和环保的电池。这种电池可能会彻底改变我们的日常生活,甚至可以将地球从自我毁灭的环境中拯救出来。

人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

氟离子电池在汽车上的应用潜力巨大

能量密度更高的电池也意味着其他电动汽车应用变得可行,例如具有高负载能力的长途卡车、船舶,甚至商用飞机。所有这些行业都不能使用当前的电池技术,因为它们需要紧凑和轻量级的系统才能正常运行。

这就是人工智能可能刚刚发明了终极电池的方式。通过快速识别值得测试的材料,我们可以加快下一代电池的开发进程,从而帮助整个世界实现碳中和,而不会破坏环境或造成另一场生态灾难。这项技术可能还需要十年或二十年的时间才能看到曙光,甚至需要更长时间才能廉价和大规模生产,但随着这样的技术刚刚出现,它可以让我们有希望应对气候变化并拯救世界。让我们祈祷桑德伯格和其他研究氟离子电池的杰出科学家能够在为时已晚之前将这项令人难以置信的技术付诸实践。

人工智能为电池能源创新提速的意义(氟离子电池工作原理)

总之,除了日本与美国之外,英国和中国也正在研究氟离子电池的未来性,而且机器学习的模式有机会加速氟离子电池于2030年迈入商业化阶段。

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