الذكاء الاصطناعي يحل التحدي الكبير لصناعة الطاقة: اقتراح 5 مواد لتحل محل بطاريات الليثيوم

بدلاً من عقود من التجارب اليدوية، يسمح الذكاء الاصطناعي باستكشاف عالم كامل من المواد في غضون بضعة أشهر فقط. (المصدر: ساينس ديلي)

استخدم فريق من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا (NJIT)، بقيادة البروفيسور ديباكار داتا، نظام الذكاء الاصطناعي المزدوج لمعالجة أحد التحديات الكبرى لصناعة الطاقة: إيجاد بديل لليثيوم، وهو عنصر أصبح نادرًا ومكلفًا بشكل متزايد.

أظهرت نتائج الأبحاث التي نشرت مؤخرا في مجلة Cell Reports Physical Science أن المواد الجديدة يمكن أن تدعم البطاريات باستخدام العناصر الوفيرة مثل المغنيسيوم والكالسيوم والألمنيوم والزنك.

تستخدم البطاريات متعددة التكافؤ أيونات ذات شحنتين أو ثلاث شحنات موجبة - بدلاً من شحنة واحدة فقط كما هو الحال في الليثيوم - ويمكنها نظريًا تخزين طاقة أكبر. لكن هذه الأيونات أكبر حجمًا وأثقل وزنًا، مما يُصعّب نقلها عبر الهياكل المادية التقليدية. وهنا يأتي دور الذكاء الاصطناعي.

قام فريق معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا بدمج نموذجين للذكاء الاصطناعي: نموذج للمواد الحيوية يُسمى "المُشفِّر التلقائي المتغير لانتشار البلورات" (CDVAE)، ونموذج لغوي كبير مُصمَّم خصيصًا (LLM). يُولِّد نموذج CDVAE آلاف الهياكل البلورية الجديدة، بينما يُقيِّم نموذج LLM الاستقرار الديناميكي الحراري، وهو عامل أساسي في إنتاج المادة في المختبر.

تظهر النتائج خمس مواد أكسيد معدنية انتقالية جديدة تمامًا ذات هياكل مسامية و"قنوات" واسعة موصلة للأيونات - مناسبة لنقل الأيونات متعددة القيم الضخمة - والتي تم التحقق من صحتها من خلال عمليات المحاكاة الميكانيكية الكمومية واختبار الاستقرار.

قال داتا: "بدلاً من عقود من التجارب اليدوية، يُمكّننا الذكاء الاصطناعي من استكشاف عالمٍ كاملٍ من المواد في غضون أشهر قليلة. وهذا لا يُساعدنا فقط في إيجاد مواد للبطاريات، بل يفتح أيضًا آفاقًا جديدة لتصميم جميع أنواع المواد المتقدمة - من الإلكترونيات إلى تقنيات الطاقة النظيفة".

ويعمل الفريق الآن مع مختبرات تجريبية لتجميع واختبار المواد المكتشفة حديثًا، بهدف التحرك نحو الإنتاج التجاري للبطاريات متعددة القيم - وهي خطوة يمكن أن تغير مستقبل تخزين الطاقة تمامًا.