Las baterías de iones de litio mueven el mundo y son cada vez más importantes en la era de la electrificación. Tienen una serie de restricciones y el litio es un recurso finito con altas influencias ambientales. Este es un problema si queremos electrificar la movilidad. Allí entran en juego las baterías de estado sólido futuro, pero mientras tanto un grupo de Investigador de NJIT Tenía la idea de dar más vida a la tecnología actual: presione las baterías actuales máximas.
¿Como? Con baterías de iones multiventes.
Iones multivalentes. Un equipo de investigadores del Instituto de Nueva Jersey, NJIT, tenía una idea. Si el litio es la clave de las baterías actuales, pero también escasa, podríamos usar más elementos existentes, como magnesio, calcio, aluminio o zinc como reemplazo o para baterías de bicicleta «dopar». El objetivo era mantener al menos las propiedades de las baterías actuales y, si es posible, mejorar las ubicaciones de almacenamiento sin depender del litio.
Las varias baterías de iones entran en juego allí. Si Ion Litio solo tiene una carga, las baterías de iones múltiples que usan los elementos mencionados anteriormente permiten dos o incluso tres cargas positivas. En esta capacidad, teóricamente puede almacenar más energía según Ion.
No todo es perfecto. Esta propiedad, como en las exposiciones estudiarPermite más energía para ahorrar de acuerdo con Ion, pero si no se usa, es porque es un desafío técnico importante. Los iones multivalentes son más grandes que el litio y tienen una carga mayor, lo que dificulta su movimiento en los materiales actuales.
Imagine que el interior de las células de una batería de iones de litio es una esponja con un cierto número de remaches que atrapan las partículas. En una batería de iones múltiples, tiene más agujeros y todos atrapan más partículas, pero la esponja también es más grande.
Acelerado por AI. Esa fue la gran restricción de la industria tecnológica, pero los investigadores de NJIT llevaron a trabajar el trabajo de inteligencia artificial. En este contexto, el uso de IA es ideal porque puede simular una gran selección de posibilidades que las prueban más convincentemente. El final de la IA fue encontrar nuevas conexiones viables para crear más baterías de iones, y utilizaron un enfoque doble.
Por un lado, un modelo llamado CDVAE (distribución de cristal de variación en sí mismo -Coach), que fue entrenado con estructuras cristalinas conocidas para crear nuevos materiales. Por otro lado, un gran modelo de lenguaje LLM que solo selecciona las estructuras más estables termodinámicamente. Cuando terminaron el trabajo, descubrieron cinco nuevos óxidos de metal poroso, que son ideales para transportar iones multivalentes de manera rápida y segura.
«Uno de los mayores obstáculos no era la falta de productos químicos prometedores para las baterías, sino la imposibilidad práctica de probar millones de combinaciones de materiales», dijo Dibakar Data, jefe del equipo de investigación. «Utilizamos la inteligencia artificial generativa como un método rápido y sistemático para examinar el enorme panorama y reconocer las pocas estructuras que realmente podrían hacer prácticas».
Más allá de las baterías. El equipo afirma que ha validado las estructuras generadas por la IA utilizando simulaciones mecánicas y pruebas de estabilidad y confirma que estos materiales aislados podrían sintetizarse con un gran potencial para aplicaciones en el mundo real. Por el momento y con estos resultados, trabajan desde el NJIT con otros laboratorios para sintetizar y probar los materiales diseñados por IA.
Y algo que enfatiza los datos es que, como efecto colateral en la investigación, ha demostrado una vez más que KI puede ser «un método rápido y escalable para examinar un material avanzado, desde electrónica hasta soluciones de energía limpia, sin depender de pruebas y errores extensos». Tan pronto como se aislen los mejores resultados, es, por supuesto, el momento de probarlos en el mundo real, pero una gran parte del trabajo anterior se acelera considerablemente.
¿Un mero parche? Aunque cambiar la «fórmula» de las baterías de iones de litio puede ser un buen parche, el objetivo de la industria todavía se usa para implementar baterías sólidas del cuerpo. El catalizador en ellos no es un líquido, sino un sólido que nos permite resolver muchos de los problemas de las baterías actuales y, al mismo tiempo, ofrece una densidad de energía y tiempos de carga más rápidos.
Estas son baterías que ya se han desarrollado y están alimentadas por una buena parte de la industria automotriz, pero el problema es que es una tecnología más costosa y no definida. Por ejemplo, si lo traes al mundo real, Mercedes ya está allí, mientras que otras marcas como BMW dicen que no están en sus planes en este momento debido al precio.
Fotos | NJIT, Cell Reports Physical Science, Kumpan Electric
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