蓋世汽車訊 可充電電池的發(fā)明偉大且神奇，但電池都會(huì)老化，因此在進(jìn)行電池更換或回收時(shí)會(huì)產(chǎn)生高昂費(fèi)用。為解決該問題，斯坦福大學(xué)（Stanford University）材料科學(xué)與工程系的副教授William Chueh發(fā)明出一種首創(chuàng)的分析方法，可生產(chǎn)出性能更好的電池，從而助力生產(chǎn)出理想的“堅(jiān)不可摧”的電池。

（圖片來(lái)源：Ella Maru Studio）

Chueh、研究論文主要作者Haitao“Dean”Deng博士以及勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）、麻省理工學(xué)院（MIT）和其他研究機(jī)構(gòu)的合作者使用人工智能分析新型原子級(jí)顯微圖像，以準(zhǔn)確了解電池磨損的原因。研究人員稱，發(fā)現(xiàn)這些原因可能會(huì)大大延長(zhǎng)電池壽命。具體來(lái)說，他們研究出一種基于LFP材料的特定類型的鋰離子電池。該電池不使用供應(yīng)鏈?zhǔn)芟薜幕瘜W(xué)品，因此會(huì)加快電動(dòng)汽車進(jìn)入大眾市場(chǎng)的步伐。

納米裂縫

Chueh解釋說：“想象電池是一個(gè)陶瓷咖啡杯，在加熱或冷卻時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致陶瓷出現(xiàn)缺陷。每次充電時(shí)，可充電電池中的材料都會(huì)發(fā)生同樣的過程，然后用完電，引起故障。”

Chueh指出，溫度不是導(dǎo)致電池產(chǎn)生裂縫的原因，而是材料在每個(gè)充電循環(huán)中彼此間的機(jī)械應(yīng)變。

Chueh表示：“不幸的是，我們對(duì)原子結(jié)合的納米級(jí)上發(fā)生的變化知之甚少。但憑借全新高分辨率顯微鏡技術(shù)，我們能夠看到變化，而人工智能幫助我們了解變化。這是我們第一次可以在單納米級(jí)上可視化和測(cè)量這些力?！?/p>

Chueh還表示：“所有給定材料的性能都是其化學(xué)和原子級(jí)材料中物理相互作用的函數(shù)，我將其稱之為‘化學(xué)力學(xué)’。更重要的是，物體越小，構(gòu)成材料的原子越多樣化，就越難預(yù)測(cè)材料的行為方式?！?/p>

變革性工具

使用AI進(jìn)行圖像分析并不新鮮，但使用該技術(shù)來(lái)研究最小尺度的原子相互作用卻很少見。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人工智能已經(jīng)成為一種變革性工具，可以分析從膝蓋缺陷到癌癥等各種疾病的圖像。同時(shí)，在材料科學(xué)中，高分辨率X射線、電子和中子顯微鏡的新方法允許在納米尺度上直接可視化。

越來(lái)越多的電動(dòng)汽車制造商和電池密集型企業(yè)采用LFP材料。在該項(xiàng)目中，研究團(tuán)隊(duì)選擇采用常用于正極的材料LFP和磷酸鐵鋰。該電極不含鈷和鎳，而這兩種材料多用于市售電池。LFP電池也非常安全，盡管它們每磅所含電量更少。

盡管LFP已經(jīng)研究了20年，但迄今為止只能了解到兩個(gè)關(guān)鍵的突出技術(shù)問題。第一個(gè)問題是了解材料在充放電時(shí)的彈性和變形。第二個(gè)問題是材料如何在LFP部分穩(wěn)定或“亞穩(wěn)態(tài)”的特定機(jī)制中擴(kuò)展和收縮。

通過使用圖像學(xué)習(xí)技術(shù)，Deng首次解釋了這兩個(gè)問題。他將其應(yīng)用于由掃描透射電子顯微鏡產(chǎn)生的一系列二維圖像，以及先進(jìn)的（光譜-疊層成像術(shù)）X射線圖像。Deng表示這些發(fā)現(xiàn)對(duì)電池的容量、能量保持和速率很重要。更重要的是，Deng認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)可進(jìn)行推廣至大多數(shù)晶體材料，或可制成良好的電極。

Deng表示：“人工智能可以幫助我們了解這些物理關(guān)系，而這些關(guān)系對(duì)于預(yù)測(cè)新電池性能、實(shí)際應(yīng)用的可靠性以及隨時(shí)間退化至關(guān)重要?！?/p>

研究人員稱已利用該技術(shù)在原子水平上采用各種新電池設(shè)計(jì)。一種是新的電池控制軟件，可以延長(zhǎng)電池壽命的方式管理充電和放電。另一種是開發(fā)更精確的計(jì)算模型，使電池工程師能夠在計(jì)算機(jī)上而不是在實(shí)驗(yàn)室中探索替代電極材料。Chueh說：“人工智能可以幫助我們采用新方式看待就材料，從而有可能找到更好的替代材料?！?/p>

------------------------------

《全球汽車前瞻技術(shù)情報(bào)雙周刊》（25期/年）含：全球范圍檢索汽車前瞻技術(shù)；跨界、初創(chuàng)、科研領(lǐng)域廣泛涉及；根據(jù)中國(guó)市場(chǎng)使用場(chǎng)景篩選；部分收錄企業(yè)投資市場(chǎng)受追捧等。獲取方式如下：

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁(yè) >