KI löst die große Herausforderung der Energiebranche: Vorschläge für 5 Materialien zum Ersatz von Lithiumbatterien

Anstelle jahrzehntelanger manueller Experimente ermöglicht KI die Erforschung eines ganzen Universums von Materialien in nur wenigen Monaten. (Quelle: Science Daily)

Ein Team des New Jersey Institute of Technology (NJIT) unter der Leitung von Professor Dibakar Datta nutzte ein duales KI-System, um eine große Herausforderung für die Energiebranche zu bewältigen: die Suche nach einem Ersatz für Lithium, ein Element, das immer knapper und teurer wird.

Kürzlich in der Fachzeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen, dass neue Materialien Batterien mit häufig vorkommenden Elementen wie Magnesium, Kalzium, Aluminium und Zink unterstützen können.

Multivalente Batterien verwenden Ionen mit zwei bis drei positiven Ladungen – statt nur einer wie Lithium – und können theoretisch mehr Energie speichern. Allerdings sind diese Ionen größer und schwerer, was ihre Bewegung durch herkömmliche Materialstrukturen erschwert. Hier kommt KI ins Spiel.

Das NJIT-Team kombinierte zwei KI-Modelle: ein Biomaterialmodell namens Crystal Diffusion Variational Autoencoder (CDVAE) und ein speziell abgestimmtes Large Language Model (LLM). Das CDVAE generiert Tausende neuer Kristallstrukturen, während das LLM die thermodynamische Stabilität bewertet – ein Schlüsselfaktor für die Realisierung des Materials im Labor.

Die Ergebnisse zeigen fünf völlig neue Übergangsmetalloxidmaterialien mit porösen Strukturen und breiten ionenleitenden „Kanälen“ – geeignet für den Transport sperriger mehrwertiger Ionen –, die durch quantenmechanische Simulationen und Stabilitätstests validiert wurden.

„Anstatt jahrzehntelang manuell zu experimentieren, ermöglicht uns KI, ein ganzes Universum an Materialien in nur wenigen Monaten zu erforschen“, sagte Datta. „Das hilft uns nicht nur, Materialien für Batterien zu finden, sondern eröffnet auch neue Wege für die Entwicklung aller Arten fortschrittlicher Materialien – von der Elektronik bis hin zu sauberen Energietechnologien.“

Das Team arbeitet derzeit mit Versuchslabors zusammen, um die neu entdeckten Materialien zu synthetisieren und zu testen. Ziel ist es, die kommerzielle Produktion multivalenter Batterien voranzutreiben – ein Schritt, der die Zukunft der Energiespeicherung völlig verändern könnte.