Một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ New Jersey (NJIT) vừa phát hiện 5 vật liệu mới có thể thay thế lithium trong các loại pin tương lai, nhờ sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI). Những vật liệu này có thể giúp tạo ra pin rẻ hơn, an toàn hơn và mạnh hơn bằng cách sử dụng các nguyên tố phổ biến như magiê và kẽm.
Công trình được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science, do Giáo sư Dibakar Datta dẫn đầu, đã sử dụng AI tạo sinh để xác định nhanh các vật liệu xốp có tiềm năng cao trong pin ion đa hóa trị – loại pin sử dụng các ion mang từ hai đến ba điện tích dương thay vì chỉ một như pin lithium-ion truyền thống.
So với lithium, các nguyên tố như magiê, canxi, nhôm và kẽm có trữ lượng dồi dào và chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, vì kích thước lớn và điện tích mạnh, ion đa hóa trị khó di chuyển trong các vật liệu pin hiện tại. AI đã giúp các nhà khoa học vượt qua rào cản này bằng cách “tưởng tượng” ra các cấu trúc tinh thể mới phù hợp hơn.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống AI kép, gồm mô hình Crystal Diffusion Variational Autoencoder (CDVAE) – chuyên tạo ra các vật liệu tinh thể mới – kết hợp với một mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) để đánh giá độ ổn định nhiệt động học của các vật liệu. Nhờ đó, hàng nghìn cấu trúc được khảo sát nhanh chóng, điều không thể thực hiện bằng phương pháp truyền thống.
Kết quả, nhóm đã xác định được 5 cấu trúc oxit kim loại chuyển tiếp có các kênh dẫn ion lớn và thông thoáng – yếu tố lý tưởng cho việc vận chuyển nhanh và an toàn các ion đa hóa trị. Các vật liệu này đã được kiểm tra bằng mô phỏng cơ học lượng tử và cho thấy có khả năng tổng hợp thực tế.
Giáo sư Datta nhấn mạnh: “Đây không chỉ là bước tiến trong nghiên cứu pin mà còn là tiền đề cho một phương pháp mới, giúp khám phá vật liệu tiên tiến ở nhiều lĩnh vực như điện tử và năng lượng sạch một cách nhanh chóng, ít phụ thuộc vào thử sai (trial and error).”
Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với các phòng thí nghiệm thực nghiệm để tổng hợp và kiểm chứng các vật liệu mới, tiến tới thương mại hóa công nghệ pin thế hệ tiếp theo.
AI đã khám phá ra những vật liệu mới đầy hứa hẹn có thể khiến pin lithium-ion trở nên lỗi thời và cách mạng hóa lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Ảnh: Shutterstock
