研究人員，德克薩斯A&M大學(xué)的JodieLutkenhaus和DanielTabor正在使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來優(yōu)化開發(fā)無金屬、可回收、有機(jī)電池所需的聚合物。該研究由美國國家科學(xué)基金會(NSF)資助，并與芝加哥大學(xué)的JuanDePablo和StuartRowan合作。

尋找替代電池化學(xué)成分

隨著鋰離子電池短缺的臨近，無金屬電池潛力巨大。理論上，有機(jī)電池可以在當(dāng)?shù)夭少?，從而減少對供應(yīng)鏈的需求。它們還提供了對環(huán)境無害的可能性。

Lutkenhaus說：大多數(shù)強(qiáng)大的鋰離子電池都含有鈷，而鈷僅來自全球少數(shù)幾個地方，這加劇了大流行加劇的全球供應(yīng)鏈問題。科學(xué)家們正在努力尋找完全不含金屬的替代電池化學(xué)物質(zhì)，這意味著，原則上，您可以在國內(nèi)合成電池材料。

靶向氧化還原活性聚合物

盡管前景廣闊，但無金屬聚合物電池的一個重大問題是它們的使用壽命。由于大多數(shù)聚合物具有絕緣特性，因此它們在儲存能量方面也非常低效。出于這個原因，研究人員正在瞄準(zhǔn)能夠存儲電子的氧化還原活性聚合物。一旦儲存，它們可以釋放電子，類似于含金屬電池的工作方式。

無金屬電池離實(shí)際商業(yè)應(yīng)用還很遠(yuǎn)，Lutkenhaus說，我們的工作將發(fā)現(xiàn)新的聚合物，使這些電池能夠用于現(xiàn)實(shí)生活中。具體來說，我們正在確定具有更高電壓和穩(wěn)定性的聚合物，從而轉(zhuǎn)化為更強(qiáng)大、更耐用的電池。

使用中的貝葉斯框架

為了尋找最節(jié)能的聚合物，研究人員將使用貝葉斯框架來篩選數(shù)以千計的分子組合，這些組合可以產(chǎn)生能夠儲存能量的聚合物鏈，從而創(chuàng)造出更持久的有機(jī)電池。

我們正在使用理論化學(xué)來提前預(yù)測材料的特性，從而減少在實(shí)驗(yàn)室中測試每種組合的需要，Tabor說，這減少了選項的數(shù)量，并提供了可以提高性能的基本見解。它正在根據(jù)所有可用知識來決定最佳選擇。

NSF贈款還將幫助對學(xué)生進(jìn)行替代化學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的教育。具體而言，它將幫助化學(xué)和化學(xué)工程領(lǐng)域的研究生和博士后研究人員。

我們希望在這個充滿活力的領(lǐng)域告訴下一代學(xué)生，Lutkenhaus說，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的日益普及，這些領(lǐng)域的未來專業(yè)人員需要精通數(shù)據(jù)科學(xué)，并能夠參與計算和實(shí)驗(yàn)科學(xué)。