Ímyndaðu þér að spámaður segi foreldrum þínum, á fæðingardegi þínum, hversu lengi þú munt lifa. Líka reynsla er möguleg fyrir rafhlöðuefnafræðinga sem nota nýjar reiknilíkön til að reikna út líftíma rafhlöðu út frá aðeins einni lotu tilraunagagna.

Í nýrri rannsókn hafa vísindamenn við Argonne National Laboratory í bandaríska orkumálaráðuneytinu (DOE) nýtt sér kraft vélanáms til að spá fyrir um líftíma fjölbreyttra efnafræðilegra rafhlöðutegunda. Með því að nota tilraunagögn sem safnað var í Argonne úr 300 rafhlöðum sem tákna sex mismunandi efnafræðilegar rafhlöðutegundir geta vísindamennirnir ákvarðað nákvæmlega hversu lengi mismunandi rafhlöður munu halda áfram að virka.

Rannsakendur í Argonne hafa notað vélanámslíkön til að spá fyrir um líftíma rafhlöðu fyrir fjölbreytt úrval af efnasamsetningum. (Mynd eftir Shutterstock/Sealstep.)

Í vélanámsreiknirit þjálfa vísindamenn tölvuforrit til að draga ályktanir út frá upphaflegu gagnasafni og nota síðan það sem það hefur lært af þeirri þjálfun til að taka ákvarðanir út frá öðru gagnasafni.

„Fyrir allar gerðir rafhlöðunotkunar, allt frá farsímum til rafbíla og geymslu á raforkukerfinu, er endingartími rafhlöðunnar grundvallaratriði fyrir alla neytendur,“ sagði Noah Paulson, tölvuvísindamaður hjá Argonne og höfundur rannsóknarinnar. „Það getur tekið ár að þurfa að endurhlaða rafhlöðu þúsund sinnum þar til hún bilar; aðferð okkar býr til eins konar tölvuprófunareldhús þar sem við getum fljótt ákvarðað hvernig mismunandi rafhlöður munu virka.“

„Eins og er er eina leiðin til að meta hvernig afkastageta rafhlöðu minnkar að hlaða hana í gegnum hleðsluhringrás,“ bætti Susan „Sue“ Babinec, rafefnafræðingur við Argonne og annar höfundur rannsóknarinnar við. „Það er mjög dýrt og tekur langan tíma.“

Samkvæmt Paulson getur verið erfitt að ákvarða endingartíma rafhlöðu. „Satt best að segja endast rafhlöður ekki að eilífu og endingartími þeirra fer eftir því hvernig við notum þær, hönnun þeirra og efnasamsetningu,“ sagði hann. „Hingað til hefur engin góð leið verið til að vita hversu lengi rafhlaða endist. Fólk mun vilja vita hversu langan tíma það hefur þar til það þarf að eyða peningum í nýja rafhlöðu.“

Einn einstakur þáttur rannsóknarinnar er að hún byggði á umfangsmiklum tilraunum sem gerðar voru í Argonne á ýmsum katóðuefnum fyrir rafhlöður, sérstaklega einkaleyfisvarinni katóðu Argonne sem byggir á nikkel-mangan-kóbalti (NMC). „Við vorum með rafhlöður sem voru með mismunandi efnasamsetningu, sem höfðu mismunandi leiðir til að brotna niður og bila,“ sagði Paulson. „Gildi þessarar rannsóknar er að hún gaf okkur merki sem eru einkennandi fyrir hvernig mismunandi rafhlöður virka.“

Frekari rannsóknir á þessu sviði gætu hugsanlega stýrt framtíð litíumjónarafhlöðu, sagði Paulson. „Eitt af því sem við getum gert er að þjálfa reikniritið á þekktri efnafræði og láta það gera spár um óþekkta efnafræði,“ sagði hann. „Í meginatriðum gæti reikniritið hjálpað okkur að beina okkur að nýjum og bættum efnafræðilegum aðferðum sem bjóða upp á lengri líftíma.“

Á þennan hátt telur Paulson að vélanámsreikniritið gæti hraðað þróun og prófunum á rafhlöðuefnum. „Segjum sem svo að þú hafir nýtt efni og endurnýtir það nokkrum sinnum. Þú gætir notað reikniritið okkar til að spá fyrir um endingu þess og síðan tekið ákvarðanir um hvort þú viljir halda áfram að endurnýta það tilraunakennt eða ekki.“

„Ef þú ert rannsakandi í rannsóknarstofu geturðu uppgötvað og prófað miklu fleiri efni á styttri tíma vegna þess að þú hefur hraðari leið til að meta þau,“ bætti Babinec við.

Grein byggð á rannsókninni, „Eiginleikaverkfræði fyrir vélanám gerði kleift að spá fyrir um endingu rafhlöðunnar snemma„,“ birtist í netútgáfu Journal of Power Sources þann 25. febrúar.

Auk Paulsons og Babinecs eru aðrir höfundar greinarinnar Joseph Kubal frá Argonne, Logan Ward, Saurabh Saxena og Wenquan Lu.

Rannsóknin var fjármögnuð með styrk frá Argonne Laboratory-Directed Research and Development (LDRD).