想象一個通靈者告訴你的父母，在你出生的那一天，你能活多久。電池化學(xué)家可能會遇到類似的經(jīng)歷，他們正在使用新的計算模型來計算電池壽命，只需一個周期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可。

在一項(xiàng)新的研究中，美國能源部(DOE)阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)的力量來預(yù)測各種不同電池化學(xué)物質(zhì)的壽命。通過使用在Argonne從一組代表六種不同電池化學(xué)成分的300塊電池中收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科學(xué)家們可以準(zhǔn)確地確定不同電池將繼續(xù)循環(huán)多長時間。

在機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，科學(xué)家們訓(xùn)練計算機(jī)程序?qū)σ唤M初始數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷，然后利用它從訓(xùn)練中學(xué)到的知識對另一組數(shù)據(jù)做出決策。

“對于每一種不同類型的電池應(yīng)用，從手機(jī)到電動汽車再到電網(wǎng)存儲，電池壽命對每個消費(fèi)者來說都是至關(guān)重要的，”該研究的作者阿貢計算科學(xué)家諾亞·保爾森說。“必須將電池循環(huán)數(shù)千次直到它失效可能需要數(shù)年時間;我們的方法創(chuàng)建了一種計算測試廚房，我們可以在其中快速確定不同電池的性能。”

“目前，評估電池容量衰減的唯一方法是實(shí)際循環(huán)電池，”該研究的另一位作者、阿貢電化學(xué)家Susan“Sue”Babinec補(bǔ)充道。“它非常昂貴，而且需要很長時間。”

根據(jù)保爾森的說法，確定電池壽命的過程可能很棘手。“現(xiàn)實(shí)情況是，電池不會永遠(yuǎn)持續(xù)下去，它們能持續(xù)多久取決于我們使用它們的方式，以及它們的設(shè)計和化學(xué)成分，”他說。“直到現(xiàn)在，還沒有一個很好的方法可以知道電池可以使用多長時間。人們會想知道他們需要多長時間才能花錢購買新電池。”

該研究的一個獨(dú)特方面是它依賴于阿貢在各種電池陰極材料上進(jìn)行的廣泛實(shí)驗(yàn)工作，特別是阿貢專利的鎳錳鈷(NMC)基陰極。“我們有代表不同化學(xué)成分的電池，它們有不同的降解和失效方式，”保爾森說。“這項(xiàng)研究的價值在于它為我們提供了不同電池性能特征的信號。”

保爾森說，該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究有可能指導(dǎo)鋰離子電池的未來。“我們能夠做的一件事是在已知化學(xué)物質(zhì)上訓(xùn)練算法，并讓它對未知化學(xué)物質(zhì)做出預(yù)測，”他說。“從本質(zhì)上講，該算法可能有助于為我們指明新的和改進(jìn)的化學(xué)物質(zhì)的方向，這些化學(xué)物質(zhì)可以提供更長的壽命。”

通過這種方式，保爾森認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以加速電池材料的開發(fā)和測試。“假設(shè)你有一種新材料，你循環(huán)了幾次。你可以使用我們的算法來預(yù)測它的壽命，然后決定是否要繼續(xù)通過實(shí)驗(yàn)循環(huán)它。”

“如果你是實(shí)驗(yàn)室的研究人員，你可以在更短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)和測試更多的材料，因?yàn)槟阌懈斓姆椒▉碓u估它們，”Babinec補(bǔ)充道。

2月25日在線版的《電源雜志》上發(fā)表了一篇基于這項(xiàng)研究的論文，“機(jī)器學(xué)習(xí)的特征工程使電池壽命的早期預(yù)測成為可能”。

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