AI mô phỏng não người giúp tăng tốc phát triển pin xe điện an toàn và bền hơn

8 giờ trướcBài gốc

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí npj Computational Materials, các nhà khoa học, gồm cả một nghiên cứu sinh tiến sĩ từ Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo cùng Viện AIRI (đều ở Nga), đã chứng minh rằng mạng nơ-ron có thể tăng tốc đáng kể quá trình khám phá vật liệu điện phân rắn.

Mạng nơ-ron là mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) được thiết kế để mô phỏng cách hoạt động của não người, đặc biệt là quá trình học hỏi và xử lý thông tin.

Tiến bộ này có thể giúp giải quyết một trong những rào cản lớn nhất trong thiết kế pin xe điện: Tạo ra các loại pin an toàn hơn, bền hơn, có khả năng tích trữ năng lượng lớn hơn, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ.

Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo nổi bật nhờ các chương trình nghiên cứu hiện đại và hợp tác quốc tế mạnh mẽ, đặc biệt trong các lĩnh vực công nghệ tiên phong như AI, pin năng lượng và vật liệu mới.

Viện AIRI là tổ chức phi lợi nhuận độc lập chuyên sâu phát triển các hệ thống AI toàn diện để giải quyết các vấn đề thực tế.

Dự đoán vật liệu mới có độ dẫn ion cao nhanh hơn hàng chục lần

Dữ liệu cho thấy ô tô động cơ đốt trong truyền thống có nguy cơ cháy nổ cao hơn nhiều so với xe điện.

Pin thể rắn được kỳ vọng sẽ thay thế pin lithium-ion truyền thống trong ô tô điện. Thay vì sử dụng chất điện phân lỏng dễ cháy, pin thể rắn sử dụng gốm hoặc vật liệu rắn khác để di chuyển lithium ion giữa các điện cực. Những vật liệu này mang lại độ ổn định cao hơn, cho phép sạc nhanh hơn, phạm vi hoạt động xa hơn và cải thiện độ an toàn.

Pin thể rắn cho ô tô điện được kỳ vọng an toàn hơn, bền hơn, có khả năng tích trữ năng lượng lớn hơn và giảm nguy cơ cháy nổ - Ảnh: Internet

Lithium ion là một nguyên tử lithium đã mất đi một electron, trở thành ion mang điện tích dương (Li+). Đây là thành phần cốt lõi và quan trọng nhất trong công nghệ pin lithium-ion (Li-ion).

Pin lithium-ion hoạt động dựa trên sự di chuyển của các ion lithium giữa cực dương (cathode) và cực âm (anode), thông qua một môi trường dẫn ion gọi là chất điện phân.

Khi sạc: Các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm và được lưu trữ tại đó.

Khi xả (sử dụng pin): Các ion lithium di chuyển ngược lại, từ cực âm về cực dương, tạo ra dòng điện để cung cấp năng lượng cho thiết bị.

Tuy nhiên, hầu hết chất điện phân rắn hiện nay vẫn chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật để sử dụng thương mại trong ô tô điện. Các nhà nghiên cứu đang sử dụng mạng nơ-ron để dự đoán vật liệu mới có độ dẫn ion cao với tốc độ vượt xa các phương pháp thử nghiệm truyền thống.

“Chúng tôi đã chứng minh rằng mạng nơ-ron đồ thị có thể xác định các vật liệu pin thể rắn mới có độ dẫn ion cao và thực hiện điều đó nhanh hơn hàng chục lần so với các phương pháp hóa học lượng tử truyền thống. Học máy giúp chúng tôi sàng lọc hàng chục nghìn vật liệu chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn”, Artem Dembitskiy, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo, giải thích.

1. Mạng nơ-ron đồ thị là một loại mạng nơ-ron nhân tạo được thiết kế đặc biệt để xử lý dữ liệu dạng đồ thị, tức là dữ liệu có các nút (điểm) và cạnh (liên kết), chẳng hạn mạng xã hội (người dùng là nút, quan hệ bạn bè là cạnh), phân tử hóa học (nguyên tử là nút, liên kết hóa học là cạnh), bản đồ (thành phố là nút, đường đi là cạnh).

2. Học máy là lĩnh vực thuộc AI, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật cho phép hệ thống máy tính "học" tự động từ dữ liệu để giải quyết các vấn đề cụ thể, mà không cần phải được lập trình tường minh cho từng tác vụ.

Hiểu đơn giản về học máy

Thay vì con người phải viết ra từng dòng lệnh chi tiết để máy tính thực hiện một nhiệm vụ, học máy cho phép máy tự mình tìm ra các quy tắc, mẫu hình và mối quan hệ từ lượng lớn dữ liệu. Sau khi "học" xong, máy tính có thể sử dụng những gì đã học để:

Đưa ra dự đoán: Ví dụ, dự đoán giá nhà dựa trên các đặc điểm (diện tích, vị trí), dự đoán xu hướng thị trường chứng khoán, hay dự đoán lượng mưa.

Đưa ra quyết định: Chẳng hạn như phân loại email là thư rác hay không, nhận dạng khuôn mặt, hay quyết định xem một giao dịch tài chính có phải là gian lận hay không.

Tạo ra nội dung mới: Ví dụ như văn bản, hình ảnh, âm thanh hoặc video (đây là một phần của AI tạo sinh).

Cải thiện hiệu suất: Máy tính liên tục học hỏi từ kinh nghiệm và điều chỉnh để thực hiện nhiệm vụ tốt hơn theo thời gian.

Cách tiếp cận đổi mới nêu trên đã giúp nhóm nghiên cứu xác định được hai lớp phủ bảo vệ tiềm năng mới có thể ổn định pin thế hệ tiếp theo và ngăn chặn hiện tượng đoản mạch nguy hiểm.

Có thể giúp xe điện sử dụng được lâu hơn cả một thập kỷ

Tiềm năng của pin thể rắn là rất lớn. Một số hãng ô tô dự đoán chúng có thể cung cấp phạm vi di chuyển tăng đến 50% so với xe điện hiện nay, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ và kéo dài tuổi thọ pin. Điều này đồng nghĩa với chi phí bảo trì dài hạn thấp hơn và ít phải thay pin hơn.

Nghiên cứu trên kế thừa những đột phá trước đây có sự hỗ trợ từ AI trong công nghệ pin ô tô, thúc đẩy đổi mới về pin thể rắn - có thể giúp xe điện sử dụng được lâu hơn cả một thập kỷ so với công nghệ pin hiện tại.

Kết hợp các ô tô điện hiệu suất cao này với hệ thống điện Mặt trời tại gia sẽ giúp tiết kiệm chi phí hơn nữa. Khi sạc pin tại nhà bằng năng lượng Mặt trời, người dùng có thể giảm hóa đơn tiền điện.

Nếu đang cân nhắc mua ô tô điện, người dân ở Mỹ có thể tiết kiệm hơn 1.500 USD mỗi năm cho xăng và bảo trì, đồng thời nhận được các ưu đãi thuế và tín dụng từ Đạo luật Giảm lạm phát, lên tới 7.500 USD trước ngày 30.9, đồng thời giảm ô nhiễm gây nóng lên toàn cầu và tránh được giá xăng cao.

Theo chính sách hiện hành, người Mỹ chuyển sang ô tô điện có thể được hưởng khoản tín dụng thuế đến 7.500 USD cho xe mới và 4.000 USD với xe cũ. Khoản tín dụng 4.000 USD dành cho ô tô điện cũ là chính sách từng góp phần thúc đẩy doanh số xe xanh những năm gần đây. Tuy nhiên, theo quy định mới của chính quyền Trump, chương trình này sẽ chính thức kết thúc từ ngày 30.9.

Dù pin thể rắn chưa sẵn sàng để ứng dụng đại trà trên thị trường ô tô điện, những công cụ AI như thế này đang giúp chúng ta đạt được mục tiêu đó nhanh hơn. Đột phá nêu trên có thể giúp các hãng ô tô giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu không tái tạo và hướng tới một tương lai sạch hơn, hợp túi tiền hơn cho người tiêu dùng ở khắp mọi nơi.

Phương phápđột phá giúp pin ô tô điện sẽ sạc nhanh hơn, mạnh hơn và rẻ hơn

Tháng trước, Viện Nghiên cứu y khoa Max Planck (Đức) thông báo đã khám phá ra cách làm pin mạnh mẽ hơn, sạc nhanh hơn và có tuổi thọ lâu hơn.

Các chuyên gia tại Viện Nghiên cứu y khoa Max Planck đã khám phá ra cách làm được điều này bằng cách tái định nghĩa cách hoạt động của điện cực.

Điện cực bao gồm hai phần chính: Vật liệu tiếp xúc (thường là lá đồng hoặc nhôm) giúp chuyển dòng điện ra vào pin, và vật liệu hoạt tính hấp thụ hoặc giải phóng điện tích đó.

Các nhà sản xuất pin đang đối mặt với một bài toán nan giải. Nếu họ làm điện cực dày hơn thì lưu trữ được nhiều năng lượng hơn nhưng tốc độ sạc sẽ chậm hơn. Ngược lại, nếu làm điện cực mỏng hơn, pin sẽ sạc nhanh hơn nhưng không giữ được nhiều năng lượng.

Nhóm nghiên cứu tại Max Planck đã tìm ra cách để dung hòa cả hai yếu tố này bằng cách sử dụng lưới kim loại thay vì lá phẳng. Lưới kim loại cho phép các ion tích điện di chuyển nhanh hơn nhiều. Ông Joachim Spatz, Giám đốc Viện nghiên cứu y khoa Max Planck, ví những dải kim loại siêu mỏng tạo nên lưới này như “một dạng đường cao tốc dành cho các ion kim loại”.

“Cơ sở cho việc này là một cơ chế vận chuyển ion trong điện cực mà trước đây chưa từng được biết đến”, Joachim Spatz nói.

Nghiên cứu cho thấy rằng nhờ phương pháp đột phá này, ion di chuyển nhanh gấp 56 lần so với trong điện cực thông thường. Vì lưới kim loại cho phép điện cực dày gấp 10 lần mức bình thường, nên có thể lưu trữ lượng năng lượng nhiều hơn tới 85% so với điện cực lá truyền thống.

Pin sạc nhanh hơn và nhiều năng lượng hơn đồng nghĩa với phạm vi hoạt động xa hơn của ô tô điện. Việc này có thể khiến nhiều người chuyển từ ô tô chạy bằng xăng sang xe điện, giúp giảm mạnh lượng khí thải carbon - một trong những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu.

Tuy nhiên, đó chưa phải là tất cả. Theo Joachim Spatz, sản xuất pin bằng lưới kim loại có thể rẻ hơn khoảng 30 - 40% so với các phương pháp hiện tại. Thay cho quy trình hiện tại - vốn phức tạp và đôi khi sử dụng dung môi độc hại, phương pháp mới này đưa vật liệu hoạt tính lên lưới dưới dạng bột khô. Người ta hy vọng rằng khoản tiết kiệm trong chi phí sản xuất pin ô tô điện sẽ làm giảm giá thành cho khách hàng.

Chưa rõ thời điểm loại pin mới sẽ có mặt trên thị trường, nhưng Joachim Spatz đã thành lập một công ty khởi nghiệp và đang hợp tác với các nhà sản xuất ô tô để tiếp tục phát triển công nghệ đó.

Sơn Vân

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/ai-mo-phong-nao-nguoi-giup-tang-toc-phat-trien-pin-xe-dien-an-toan-va-ben-hon-235003.html