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利用人工智能打造下一代電池 推動實現(xiàn)全面電動化未來

時間:2021-11-01 09:52來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：electronicdesign）
 
       據(jù)外媒報道，向全面電動化未來過渡，取決于成本低、性能更高和更安全的電池。采用固態(tài)方法等下一代電池化學(xué)來優(yōu)化電池的能量密度和功率，已取得不同程度的成功。然而，目前還沒有一種方法能達(dá)到商業(yè)化階段，以滿足對先進(jìn)技術(shù)的爆炸式增長需求，如電動汽車、醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)和能源存儲解決方案等。
 
       隨著各國爭奪全球電池市場（預(yù)計到2027年將達(dá)到2797億美元），人工智能（AI）已成為加快創(chuàng)新速度的一種富有前景的工具。
 
       新一代電池必須能夠快速充電，同時不出現(xiàn)故障。這些電池還需要超越當(dāng)前性能標(biāo)準(zhǔn)，保持較低的重量，并由易于大規(guī)模生產(chǎn)的材料構(gòu)成。研究人員花費數(shù)十年時間來探討解決方案，由于實驗緩慢、周轉(zhuǎn)時間長以及艱難的發(fā)現(xiàn)過程，相關(guān)進(jìn)展緩慢。AI有助于解決這些長期挑戰(zhàn)，并縮短評估電池材料、電芯架構(gòu)和化學(xué)物質(zhì)的過程，將其從數(shù)年減少為數(shù)月。
 
       解決評估期過長的問題
 
       生成電池性能數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法，是不斷向電池電芯中注入能量，直到電池耗盡。研究人員不得不耗費多年時間，對電池進(jìn)行成千上萬次充放電，才能得到所需要的結(jié)果。通過這種方法來預(yù)測電池退化，對于開發(fā)更安全、更不易燃燒的電池至關(guān)重要。然而，考慮到一些相對較新的應(yīng)用正在迅猛發(fā)展，如電動汽車和家用太陽能+儲能技術(shù)，顯然沒有多少時間可以浪費了。
 
       電池科學(xué)家采用系統(tǒng)級方法，通過AI來更有效地測試和了解電池組，及其集成和預(yù)期性能。這類AI應(yīng)用還包括各種電芯類型，以及其中不同的化學(xué)成分和預(yù)期性能，并有助于確定在多個電池或電池組中分配能量的最佳方法。
 
       更快、更有效地發(fā)現(xiàn)材料
 
       以前，研究人員面臨著艱巨的任務(wù)，即縮小下一代電池應(yīng)用所需替代材料的范圍。這一過程需要評估人員分析從測試過程中收集的大量數(shù)據(jù)。研究人員的操作速度，只能和計算信息的機(jī)器一樣快，而這往往需要數(shù)年時間才能有所進(jìn)步。
 
       通過AI，可以發(fā)現(xiàn)一些原本不會考慮的有用材料組合。將人工智能應(yīng)用于材料發(fā)現(xiàn)過程，已在超導(dǎo)體等許多領(lǐng)域產(chǎn)生了有趣的結(jié)果，在電池領(lǐng)域?qū)⒕哂辛己玫膽?yīng)用前景。
 
       利用AI優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)
 
       以往幾十年，人們大多致力于通過電池化學(xué)來改良電池。然而，改變電池的物理性質(zhì)，已被證明可以提高電池的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如密度、容量和安全性等。電池科學(xué)家可以利用AI，更好地了解電極水平上的結(jié)構(gòu)-屬性關(guān)系，以便為任何既定應(yīng)用設(shè)計最佳電池結(jié)構(gòu)。根據(jù)電池的使用方式和其他技術(shù)規(guī)格，AI可以對可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出有價值的建議，從而優(yōu)化電池性能。
 
       甚至可以調(diào)整AI算法，基于尚未應(yīng)用的新興技術(shù)和化學(xué)方法，提出可能性。這就像擁有一家快速建筑的電池原型工廠。從節(jié)省時間和成本的角度來看，對整個價值鏈來說頗有益處。
 
       例如，電動汽車的性能在很大程度上取決于電池電芯。將其與AI結(jié)合起來，以更好地了解如何提高電芯性能，而不僅僅是改進(jìn)電池管理系統(tǒng)，具有重要意義。這將有助于為電動汽車應(yīng)用開發(fā)下一代電池奠定基礎(chǔ)。
 
       人工智能會決定電池競賽的勝負(fù)嗎？
 
       在電池科學(xué)領(lǐng)域，盡管人工智能仍是新興應(yīng)用，已有很多展示其巨大潛力的例子。例如，斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院和豐田研究所的研究人員，利用AI確定在10分鐘內(nèi)為電動汽車電池充電的最佳方法。傳統(tǒng)方法需要500天的評估過程，而該團(tuán)隊利用具有高度針對性的AI算法，在短短16天內(nèi)，就從224個選項中確定了最佳充電方法。
 
       不僅是研究人員，很多大公司也在采取這種作法。大眾正在與谷歌合作，利用AI和量子計算來模擬和優(yōu)化高性能電池的結(jié)構(gòu)。松下聲稱，受益于AI，其在測試新設(shè)計時，可以大幅減少電池充放電的必要次數(shù)。這些只是其中幾個例子，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)應(yīng)用和優(yōu)勢也將迅猛發(fā)展。
 
       目前，電池行業(yè)的競爭環(huán)境越來越激烈。下一代電池實現(xiàn)商業(yè)化的時間，從5年到15年不等。保持競爭優(yōu)勢可能取決于，通過AI來加快測試階段，并確定可以實現(xiàn)成本效率和性能改進(jìn)的領(lǐng)域。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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