人工智能发现电池革命新材料：超越锂电池

景点排名 2025年08月07日 09:48 0 aa

新泽西理工学院的研究团队利用生成式人工智能技术，成功发现五种全新的多孔过渡金属氧化物结构，这些材料在多价离子电池应用中展现出卓越潜力，可能彻底改变当前以锂离子为主导的能源存储格局。这项突破性研究为解决锂资源稀缺和环境可持续性问题提供了全新路径，同时证明了AI在材料科学领域的巨大潜力。

传统锂离子电池正面临供应链紧张和可持续性挑战，而多价离子电池技术的兴起为能源存储行业带来了新的希望。与单价锂离子不同，多价离子携带两个或三个正电荷，理论上能够存储更多能量，同时依赖于镁、钙、铝和锌等更为丰富的元素，这些材料不仅成本更低，而且环境友好性更佳。

人工智能已经发现了有前景的新材料，可以使锂离子电池过时并彻底改变能源存储。来源：Shutterstock

AI双引擎驱动材料发现

新泽西理工学院教授迪巴卡尔·达塔领导的研究团队在《细胞报告物理科学》期刊上发表的研究中，采用了创新的双AI方法来解决材料发现的复杂挑战。该团队开发的晶体扩散变分自编码器和精调大语言模型组合，能够快速探索数千种新的晶体结构，这在传统实验室条件下几乎是不可能完成的任务。

达塔教授解释道："最大的障碍不是缺乏有前景的电池化学成分，而是测试数百万种材料组合的绝对不可能性。我们转向生成式AI作为快速、系统的方法来筛选这一广阔的领域，并找出真正能使多价电池实用化的少数结构。"

晶体扩散变分自编码器在大量已知晶体结构数据集上进行训练，使其能够提出具有多样化结构可能性的全新材料。与此同时，经过精调的大语言模型专注于识别最接近热力学稳定性的材料，这对于实际合成至关重要。这种双重AI方法的协同作用，使研究团队能够在短时间内评估成千上万的潜在候选材料。

多价离子技术的核心优势

多孔过渡金属氧化物内部的开放式海绵状网络使较大的、双电荷或三电荷的离子在电池的充放电循环中移动。来源：新泽西理工学院

多价离子电池技术的关键在于克服大尺寸、强电荷离子在标准电池材料中移动效率低下的问题。研究团队发现的五种新型多孔过渡金属氧化物结构具有大型开放通道，非常适合这些笨重的多价离子快速安全地移动，这是下一代电池技术的关键突破。

这些材料的海绵状网络结构为多价离子在电池充放电循环中的传输提供了理想的路径。与传统锂离子电池相比，多价离子电池不仅能存储更多能量，还能利用地壳中更为丰富的元素，从根本上解决了锂资源稀缺和价格波动的问题。

研究团队通过量子力学模拟和稳定性测试验证了AI生成的结构，确认这些材料确实可以通过实验合成，并在现实应用中具有巨大潜力。这种理论预测与实验验证相结合的方法，大大提高了材料发现的效率和可靠性。

超越电池的材料革命

达塔教授强调了他们AI驱动方法的更广泛意义："这不仅仅是发现新的电池材料，而是建立一种快速、可扩展的方法来探索任何先进材料，从电子学到清洁能源解决方案，而无需大量的试错过程。"

这种方法论的创新意义远超单一应用领域。通过将生成式AI与材料科学相结合，研究团队为整个材料发现领域开辟了新的范式。传统的材料开发往往需要数年甚至数十年的时间，而AI加速的方法可能将这一过程缩短到几个月甚至几周。

当前全球能源转型的迫切需求使得这项研究显得格外重要。随着可再生能源发电比例的不断增加，高效、安全、经济的储能技术成为实现碳中和目标的关键因素。多价离子电池技术的成熟将为大规模储能应用提供新的选择，从电动汽车到电网储能，都可能从中受益。

基于这些令人鼓舞的结果，达塔教授及其同事计划与实验实验室合作，合成和测试他们AI设计的材料，进一步推动商业化多价离子电池的发展边界。这种理论与实践相结合的研究模式，为科技创新提供了新的典范。

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