اكتشاف جديد عبر الذكاء الاصطناعي قد يغيّر مستقبل البطاريات
للعلّم - في خطوة علمية واعدة، تمكن فريق من الباحثين من استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي لاكتشاف مواد جديدة قد تُحدث تحولاً جذرياً في تكنولوجيا البطاريات، ما يمهد الطريق نحو مستقبل أكثر كفاءة واستدامة في مجال تخزين الطاقة.
تُعد البطاريات من الركائز الأساسية في التحوّل العالمي نحو تقليل الانبعاثات الكربونية، حيث تعتمد عليها القطاعات الحيوية مثل السيارات الكهربائية والأجهزة الذكية. إلا أن بطاريات الليثيوم-أيون، رغم انتشارها الواسع، ما زالت تواجه تحديات كبيرة، من أبرزها انخفاض كثافة الطاقة بمرور الوقت، وفقدان الكفاءة، والحساسية للتغيرات الحرارية.
ولمعالجة هذه التحديات، يتجه العلماء إلى تطوير ما يُعرف بـ "البطاريات متعددة التكافؤ"، والتي تعتمد على عناصر كيميائية أكثر وفرة من الليثيوم، مما يجعلها أكثر استدامة وأقل تكلفة. كما تتميز هذه البطاريات بقدرتها على تخزين طاقة أكبر مع تحسينات ملحوظة في الأداء والكفاءة.
لكن العقبة الرئيسية التي تعترض طريق هذه التقنية هي الحجم الكبير والشحنة العالية لأيونات العناصر متعددة التكافؤ، مما يجعل دمجها في تصاميم البطاريات التقليدية أمراً بالغ التعقيد.
ومن أجل تجاوز هذا العائق، لجأ الفريق البحثي إلى الذكاء الاصطناعي التوليدي – وهو نوع متقدم من الذكاء الاصطناعي مشابه للتقنيات التي تعتمد عليها أنظمة مثل ChatGPT – وذلك لاستكشاف ملايين التركيبات الكيميائية الممكنة بسرعة فائقة، بهدف تحديد أكثر المواد الواعدة للاستخدام في هذا النوع من البطاريات.
وصرّح البروفيسور ديباكار داتا من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا قائلاً: "لم تكن المشكلة في ندرة المواد المرشحة، بل في استحالة اختبار ملايين التركيبات بشكل يدوي. لذا استخدمنا الذكاء الاصطناعي كأداة ذكية وسريعة لاستكشاف هذا الفضاء الواسع واستخلاص التركيبات الأكثر فعالية."
وقد أسفرت هذه المقاربة عن اكتشاف خمس بنيات جديدة تماماً لأكاسيد معادن انتقالية ذات بنية مسامية، أظهرت خصائص استثنائية بفضل قنواتها الواسعة والمفتوحة، ما يجعلها مثالية لنقل الأيونات كبيرة الحجم بسرعة وأمان – وهو تقدم أساسي في مسار تطوير بطاريات الجيل التالي.
وأكد البروفيسور داتا أن تقنيات الذكاء الاصطناعي ساهمت في تسريع عمليات البحث والاكتشاف بصورة غير مسبوقة، ما يعزز فرص التوصل إلى بدائل أكثر كفاءة واستدامة لتقنيات الليثيوم-أيون المعتمدة حالياً.
وعقب الاكتشاف، قام الفريق بإجراء محاكاة تقليدية للمواد المكتشفة للتحقق من قابليتها للتطبيق العملي في ظروف الاستخدام الواقعية، ما يدعم الخطوة التالية نحو تطوير البطاريات المتقدمة المنتظرة.
تُعد البطاريات من الركائز الأساسية في التحوّل العالمي نحو تقليل الانبعاثات الكربونية، حيث تعتمد عليها القطاعات الحيوية مثل السيارات الكهربائية والأجهزة الذكية. إلا أن بطاريات الليثيوم-أيون، رغم انتشارها الواسع، ما زالت تواجه تحديات كبيرة، من أبرزها انخفاض كثافة الطاقة بمرور الوقت، وفقدان الكفاءة، والحساسية للتغيرات الحرارية.
ولمعالجة هذه التحديات، يتجه العلماء إلى تطوير ما يُعرف بـ "البطاريات متعددة التكافؤ"، والتي تعتمد على عناصر كيميائية أكثر وفرة من الليثيوم، مما يجعلها أكثر استدامة وأقل تكلفة. كما تتميز هذه البطاريات بقدرتها على تخزين طاقة أكبر مع تحسينات ملحوظة في الأداء والكفاءة.
لكن العقبة الرئيسية التي تعترض طريق هذه التقنية هي الحجم الكبير والشحنة العالية لأيونات العناصر متعددة التكافؤ، مما يجعل دمجها في تصاميم البطاريات التقليدية أمراً بالغ التعقيد.
ومن أجل تجاوز هذا العائق، لجأ الفريق البحثي إلى الذكاء الاصطناعي التوليدي – وهو نوع متقدم من الذكاء الاصطناعي مشابه للتقنيات التي تعتمد عليها أنظمة مثل ChatGPT – وذلك لاستكشاف ملايين التركيبات الكيميائية الممكنة بسرعة فائقة، بهدف تحديد أكثر المواد الواعدة للاستخدام في هذا النوع من البطاريات.
وصرّح البروفيسور ديباكار داتا من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا قائلاً: "لم تكن المشكلة في ندرة المواد المرشحة، بل في استحالة اختبار ملايين التركيبات بشكل يدوي. لذا استخدمنا الذكاء الاصطناعي كأداة ذكية وسريعة لاستكشاف هذا الفضاء الواسع واستخلاص التركيبات الأكثر فعالية."
وقد أسفرت هذه المقاربة عن اكتشاف خمس بنيات جديدة تماماً لأكاسيد معادن انتقالية ذات بنية مسامية، أظهرت خصائص استثنائية بفضل قنواتها الواسعة والمفتوحة، ما يجعلها مثالية لنقل الأيونات كبيرة الحجم بسرعة وأمان – وهو تقدم أساسي في مسار تطوير بطاريات الجيل التالي.
وأكد البروفيسور داتا أن تقنيات الذكاء الاصطناعي ساهمت في تسريع عمليات البحث والاكتشاف بصورة غير مسبوقة، ما يعزز فرص التوصل إلى بدائل أكثر كفاءة واستدامة لتقنيات الليثيوم-أيون المعتمدة حالياً.
وعقب الاكتشاف، قام الفريق بإجراء محاكاة تقليدية للمواد المكتشفة للتحقق من قابليتها للتطبيق العملي في ظروف الاستخدام الواقعية، ما يدعم الخطوة التالية نحو تطوير البطاريات المتقدمة المنتظرة.