Всего за 80 часов в ходе создания новых типов аккумуляторов с помощью нейросетей было выявлено 23 перспективных материала из 32 миллионов кандидатов.
Исследователи из Microsoft и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) сообщают, что расчеты позволили отсеять более 32 миллионов материалов-кандидатов до 23 перспективных вариантов. Затем команда синтезировала и протестировала один из этих материалов и создала работающий прототип аккумулятора.
Исследователи нацелились на желанный тип материала для аккумулятора — твердый электролит. Электролит — это материал, который переносит ионы между электродами аккумулятора. В стандартных литий-ионных аккумуляторах электролит представляет собой жидкость, но это сопряжено с опасностями, такими как протечка аккумуляторов или возгорание. Разработка аккумуляторов с твердыми электролитами является основной целью материаловедов.
Специалист по вычислительной химии Microsoft Натан Бейкер поясняет, что первоначальные 32 миллиона кандидатов были сгенерированы с помощью игры «смешивай и подбирай», заменяя различные элементы в кристаллических структурах известных материалов. Сортировка такого большого списка с использованием традиционных физических расчетов заняла бы десятилетия, но благодаря методам машинного обучения, которые позволяют делать быстрые прогнозы на основе закономерностей, извлеченных из известных материалов, расчеты дали результаты всего за 80 часов.
Сначала исследователи использовали ИИ для фильтрации материалов на основе того факта, могут ли они действительно существовать в реальном мире. Таким образом, список сократился до менее чем 600 000 кандидатов. Дальнейший анализ ИИ отобрал кандидатов, которые будут обладать электрическими и химическими свойствами, необходимыми для аккумуляторов. Они также избавились от редких, токсичных или дорогих материалов.
Таким образом, у исследователей осталось 23 кандидата, пять из которых уже были известны. Исследователи из PNNL выбрали материал, который выглядел многообещающе — он был похож на другие материалы, которые знали ранее, и обладал подходящей стабильностью и проводимостью. Затем они приступили к его синтезированию, в конечном итоге превратив в прототип аккумулятора.
Ученый-материаловед Виджай Муругесан из PNNL поделился: «Вот мы очень обрадовались. Переход от стадии синтеза к функциональной батарее занял около шести месяцев».
Новый электролит похож на известный материал, содержащий литий, иттрий и хлор, но заменяет некоторое количество лития на натрий, что является преимуществом, поскольку литий дорог и пользуется большим спросом. Сочетание лития и натрия является нетрадиционным. Материаловед Ян Цзэн из Университета штата Флорида в Таллахасси поясняет: «При обычном подходе … мы бы не стали смешивать эти два элемента вместе». Можно ожидать, что два типа ионов будут конкурировать друг с другом, что приведет к снижению производительности.
Для выполнения расчетов, основанных как на искусственном интеллекте, так и на физике, команда использовала Microsoft Azure Quantum Elements, которая предоставляет доступ к облачному суперкомпьютеру, разработанному специально для исследований в области химии и материаловедения.