科學(xué)家們正在尋找專為電網(wǎng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定的高能??電池。

將風(fēng)能和太陽能等新的可再生能源并入電網(wǎng)需要專門設(shè)計(jì)的大型電池，這些電池可以在陽光明媚時(shí)充電并在夜間提供能量。一種類型的電池特別有希望用于此目的：液流電池。液流電池包含兩個(gè)電活性化學(xué)物質(zhì)罐，它們可以交換電荷并且可以容納大量能量。

對(duì)于研究液流電池的研究人員來說，他們主要關(guān)心的是找到既能儲(chǔ)存大量能量又能長時(shí)間保持穩(wěn)定的目標(biāo)分子。

為了找到合適的液流電池分子，能源部 (DOE) 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員已求助于人工智能 (AI) 的力量，在超過一百萬個(gè)分子的廣闊化學(xué)空間中進(jìn)行搜索。發(fā)現(xiàn)正確的分子需要在幾個(gè)不同的特征之間進(jìn)行優(yōu)化。“在這些電池中，我們知道我們需要的大多數(shù)分子必須滿足多種特性，”阿貢化學(xué)家 Rajeev Assary 說。“通過同時(shí)優(yōu)化多個(gè)特性，我們可以更好地為我們的電池找到最佳的化學(xué)成分。”

“大自然從來都不是完美的;沒有任何一個(gè)分子在各個(gè)方面都是理想的。我們的模型使我們能夠處理不同的參數(shù)以找到最佳擬合，”—阿貢化學(xué)家 Rajeev Assary

在繼去年完成的工作之后的一項(xiàng)新研究中，阿貢能源儲(chǔ)存研究聯(lián)合中心的 Assary 和他的同事模擬了陽極電解液氧化還原聚合物，或液流電池中的電活性分子。對(duì)于每個(gè)氧化還原聚體，研究人員確定了他們想要優(yōu)化的三個(gè)特性。前兩個(gè)，還原電位和溶劑化自由能，與分子可以儲(chǔ)存多少能量有關(guān)。第三個(gè)是熒光，作為一種自我報(bào)告標(biāo)記，指示電池的整體健康狀況。

由于計(jì)算所有潛在候選人感興趣的屬性非常耗時(shí)，因此研究人員轉(zhuǎn)向了一種稱為主動(dòng)學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，其中模型實(shí)際上可以訓(xùn)練自己識(shí)別越來越合理的目標(biāo)。“我們基本上是大海撈針，”阿貢博士后研究員 Hieu Doan 說。“當(dāng)我們的模型找到看起來像針的東西時(shí)，它會(huì)自學(xué)如何找到更多東西。”

為了最有效地利用主動(dòng)學(xué)習(xí)，研究人員從一個(gè)相當(dāng)小的“大海撈針”開始——一個(gè)由 1400 個(gè)候選氧化還原分子組成的數(shù)據(jù)集，他們已經(jīng)從量子力學(xué)模擬中知道了這些候選分子的特性。通過使用該數(shù)據(jù)集作為實(shí)踐，他們能夠看到該算法正確識(shí)別了具有最佳特性的分子。