Multe dintre cele mai dificile probleme cu care se confruntă societatea, cum ar fi inversarea schimbărilor climatice, abordarea insecurității alimentare sau rezolvarea crizelor energetice, sunt legate de chimie și știința materialelor. De mult timp, se crede că descoperirea materialelor este un scenariu cheie pentru abordarea unora dintre aceste probleme, dar timpul este cea mai mare provocare – numărul de materiale stabile posibile care trebuie explorate pentru a găsi soluții este, estimat, mai mare decât numărul de atomi din univers. Microsoft a lansat recent Azure Quantum Elements. o platforma de cloud care reunește o nouă generație de inteligență artificială, HPC bazată pe cloud, și a dat startul unei colaborări cu PNLL.

Pacific Northwest National Laborator (PNNL) avansează frontierele cunoașterii, asumând unele dintre cele mai mari provocări din știință și tehnologie din lume. Punctele forte distincte în chimie, științele Pământului, biologie și știința datelor sunt esențiale pentru misiunea sa de descoperire științifică. PNNL și-a stabilit lider în dezvoltarea și validarea tehnologiilor de stocare a energiei de ultimă generație. Printre cele mai recunoscute forme de stocare portabilă a energiei, bateriile cu litiu-ion rămân o piatră de temelie a stocării moderne de energie portabilă datorită capacității lor mari de stocare a energiei și duratei de viață lungi.

„Litiul și alte elemente strategice utilizate în aceste baterii sunt resurse limitate cu provizii limitate și concentrate geografic. Una dintre principalele direcții ale activității noastre la PNNL a fost identificarea de noi materiale pentru nevoile sporite de stocare a energiei ale viitorului; cele realizate cu materiale durabile care conservă și protejează resursele limitate ale Pământului”, spune Vijay Murugesan, lider de grup – Știința materialelor, PNNL.

Prin această colaborare, Microsoft și PNNL au valorificat AI și HPC alimentat de cloud pentru a accelera cercetările menite să creeze noi tipuri de materiale pentru baterii, cum ar fi cele care folosesc mai puțin litiu decât bateriile tradiționale litiu-ion, menținând în același timp o conductivitate semnificativă. Aceste noi tipuri de baterii ar putea beneficia atât de mediu, cât și de consumatori. În decurs de nouă luni, PNNL a validat această dovadă de concept, demonstrând potențialul noilor abordări HPC și AI de a accelera semnificativ ciclul de inovare – ar fi imposibil pentru cercetători să sintetizeze și să testeze milioanele de materiale care au fost evaluate prin modele avansate de IA. in mai puțin de o săptămână.

Descoperire în doar nouă luni

Unul dintre candidații de top găsit de cercetătorii de la PNNL este un electrolit care folosește cu aproximativ 70% mai puțin litiu în comparație cu bateriile litiu-ion existente, prin înlocuirea litiului cu sodiu, un compus abundent. În testele pe o gamă de temperaturi, noul compus a afișat o conductivitate ionică viabilă, indicând potențialul său ca material electrolit în stare solidă. După verificarea conductivității compoziției chimice sodiu-litiu, echipa de cercetare PNNL a demonstrat viabilitatea tehnică a electrolitului prin construirea unei baterii în stare solidă funcțională, care a fost testată atât la temperatura camerei, cât și la temperatură ridicată (~80 °C).

Descoperirea acestui nou tip de material electrolitic este notabilă nu numai pentru potențialul său ca soluție durabilă de stocare a energiei, ci și pentru că demonstrează că cercetătorii pot accelera dramatic timpul până la rezultate cu modele avansate de IA. În timp ce validarea și optimizarea ulterioară a materialului este în curs, acest proces inițial end-to-end a durat mai puțin de nouă luni și este primul pas într-o colaborare promițătoare între Microsoft și PNNL. Descoperirea altor materiale care ar putea crește durabilitatea stocării energiei este probabil la orizont.

„Aplicam expertiza noastră științifică pentru alegerea celor mai promițători candidați materiale cu care să mergem mai departe. În acest caz, am avut cunoștințele AI care ne-au îndreptat mult mai rapid către un teritoriu potențial fructuos. După ce echipa Microsoft a descoperit 500.000 de materiale stabile cu inteligență artificială care ar putea fi utilizate într-o varietate de aplicații transformatoare, am reușit să modificăm, să testăm și să reglam compoziția chimică a acestui nou material și să evaluăm rapid viabilitatea sa tehnică pentru o baterie funcțională, arătând promisiunea unei IA avansate pentru a accelera ciclul de inovare”, spune Karl Mueller, director al biroului de dezvoltare a programelor, PNNL.