Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trước một tiến bộ có thể thúc đẩy phát triển pin và cải thiện sản xuất, các nhà khoa học đã tìm ra cách dự đoán chính xác tuổi thọ hữu ích của pin lithium-ion, được sử dụng trong các thiết bị từ điện thoại di động đến ô tô điện.
Nếu các nhà sản xuất pin điện thoại có thể cho biết những tế bào nào sẽ tồn tại ít nhất hai năm, thì họ chỉ có thể bán chúng cho các nhà sản xuất điện thoại và gửi phần còn lại cho các nhà sản xuất các thiết bị ít đòi hỏi hơn. Nghiên cứu mới cho thấy các nhà sản xuất có thể làm điều này như thế nào. Kỹ thuật này có thể được sử dụng không chỉ để sắp xếp các tế bào được sản xuất mà còn giúp các thiết kế pin mới tiếp cận thị trường nhanh hơn.
Kết hợp dữ liệu thực nghiệm toàn diện và trí tuệ nhân tạo đã tiết lộ chìa khóa để dự đoán chính xác tuổi thọ hữu ích của pin lithium-ion trước khi năng lực của chúng bắt đầu suy yếu, các nhà khoa học tại Đại học Stanford, Viện Công nghệ Massachusetts và Viện Nghiên cứu Toyota phát hiện. Sau khi các nhà nghiên cứu đào tạo mô hình học máy (Learning Machine) của họ với vài trăm triệu điểm dữ liệu sạc và xả pin, thuật toán dự đoán mỗi pin sẽ kéo dài thêm bao nhiêu chu kỳ, dựa trên sự sụt giảm điện áp và một vài yếu tố khác trong các chu kỳ đầu.
Các dự đoán nằm trong 9 phần trăm số chu kỳ mà các tế bào thực sự kéo dài. Một cách riêng biệt, thuật toán phân loại pin theo tuổi thọ dài hoặc ngắn dựa trên chỉ 5 chu kỳ sạc / xả đầu tiên. Ở đây, các dự đoán đã đúng 95%.
Được xuất bản vào ngày 25 tháng 3 trên tạp chí Nature Energy , phương pháp học máy này có thể đẩy nhanh nghiên cứu và phát triển các thiết kế pin mới cũng như giảm thời gian và chi phí sản xuất, trong số các ứng dụng khác. Các nhà nghiên cứu đã làm cho bộ dữ liệu – lớn nhất của loại này – có sẵn công khai.
“Cách tiêu chuẩn để kiểm tra các thiết kế pin mới là sạc và xả pin cho đến khi chúng hỏng. Vì pin có tuổi thọ cao, quá trình này có thể mất nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm”, Peter Attia, ứng cử viên tiến sĩ của Stanford nói. Tài liệu khoa học và kỹ thuật. “Đó là một nút cổ chai đắt tiền trong nghiên cứu pin.”
Công việc được thực hiện tại Trung tâm Thiết kế Pin dựa trên dữ liệu, một sự hợp tác công nghiệp học thuật tích hợp lý thuyết, thí nghiệm và khoa học dữ liệu. Các nhà nghiên cứu của Stanford, dẫn đầu bởi William Chueh, trợ lý giáo sư về khoa học vật liệu và kỹ thuật, đã tiến hành các thí nghiệm về pin. Nhóm của MIT, dẫn đầu bởi Richard Braatz, giáo sư kỹ thuật hóa học, đã thực hiện công việc học máy (Learning Machine). Kristen Severson, đồng tác giả chính của nghiên cứu, đã hoàn thành bằng tiến sĩ về kỹ thuật hóa học tại MIT vào mùa xuân năm ngoái.
Một trọng tâm trong dự án là tìm ra cách sạc pin tốt hơn trong 10 phút, một tính năng có thể đẩy nhanh việc áp dụng hàng loạt xe điện. Để tạo ra tập dữ liệu huấn luyện, nhóm đã sạc và xả pin cho đến khi mỗi pin đạt đến hết tuổi thọ hữu ích, được xác định là mất 20% dung lượng. Trên đường đến tối ưu hóa sạc nhanh, các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu xem có cần thiết phải chạy pin của họ xuống đất hay không. Câu trả lời cho câu hỏi về pin có thể được tìm thấy trong thông tin chỉ từ các chu kỳ đầu không?
“Những tiến bộ trong sức mạnh tính toán và tạo dữ liệu gần đây đã cho phép học máy tăng tốc tiến bộ cho nhiều nhiệm vụ khác nhau. Chúng bao gồm dự đoán các tính chất vật liệu”, Braatz nói. “Kết quả của chúng tôi ở đây cho thấy cách chúng tôi có thể dự đoán hành vi của các hệ thống phức tạp trong tương lai.”
Nói chung, công suất của pin lithium-ion ổn định trong một thời gian. Sau đó, nó mất một lượt mạnh xuống dưới. Điểm giảm mạnh rất khác nhau, như hầu hết người tiêu dùng thế kỷ 21 đều biết. Trong dự án này, pin kéo dài bất cứ nơi nào từ 150 đến 2.300 chu kỳ. Sự khác biệt đó một phần là kết quả của việc thử nghiệm các phương pháp sạc nhanh khác nhau nhưng cũng do sự thay đổi trong sản xuất giữa các loại pin.
Patrick Herring, một nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Toyota cho biết: “Đối với tất cả thời gian và tiền bạc dành cho việc phát triển pin, tiến độ vẫn được đo lường trong nhiều thập kỷ”. “Trong công việc này, chúng tôi đang giảm một trong những bước tốn thời gian nhất – kiểm tra pin – theo một mức độ lớn.”
Phương pháp mới có nhiều ứng dụng tiềm năng, Attia nói. Ví dụ, nó có thể rút ngắn thời gian xác nhận các loại pin mới, điều này đặc biệt quan trọng với những tiến bộ nhanh chóng trong vật liệu. Với kỹ thuật phân loại, pin xe điện được xác định là có tuổi thọ ngắn – quá ngắn đối với ô tô – có thể được sử dụng để thay thế cho đèn đường hoặc sao lưu trung tâm dữ liệu. Các nhà tái chế có thể tìm thấy các tế bào từ các bộ pin EV đã sử dụng với đủ dung lượng còn lại cho vòng đời thứ hai.
Một khả năng khác là tối ưu hóa sản xuất pin. “Bước cuối cùng trong sản xuất pin được gọi là” sự hình thành “, có thể mất vài ngày đến vài tuần,” Attia nói. “Sử dụng phương pháp của chúng tôi có thể rút ngắn đáng kể và giảm chi phí sản xuất.”
Các nhà nghiên cứu hiện đang sử dụng mô hình của họ để tối ưu hóa cách sạc pin chỉ trong 10 phút, theo họ sẽ cắt giảm quá trình hơn 10 lần.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Stanford . Bản gốc được viết bởi Mark Golden. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :