Uno nuovo studio di IA svela i segreti delle batterie al litio attraverso la visione artificiale del computer

Uno studio rivoluzionario dell'IA svela i segreti delle batterie al litio grazie alla visione artificiale del computer

Miliardi di piccole particelle densamente impacchettate negli elettrodi di batterie al litio ricaricabili svolgono un ruolo fondamentale nello stoccaggio e nell’approvvigionamento di energia. La visualizzazione di questo processo attraverso filmati di raggi X ha fornito preziosi spunti, ma la comprensione dei dettagli intricati del comportamento delle particelle è rimasta una sfida. I ricercatori si sono trovati di fronte a un ostacolo nell’estrazione di informazioni sfumate da questi filmati ricchi di dettagli fino ad oggi.

Un team di ricercatori del Dipartimento di Energia del Laboratorio Nazionale di Acceleratori SLAC, dell’Università di Stanford, del MIT e dell’Istituto di Ricerca Toyota ha introdotto un approccio innovativo in cui, utilizzando la visione artificiale, hanno analizzato meticolosamente ogni pixel dei filmati di raggi X, scoprendo dettagli fisici e chimici senza precedenti dei cicli della batteria che erano precedentemente sfuggiti.

In questo studio, i ricercatori si sono concentrati sulle particelle di fosfato di ferro di litio (LFP), un componente cruciale di molte batterie al litio. Queste particelle, rivestite con uno strato sottile di carbonio per aumentare la conducibilità elettrica, si trovano negli elettrodi positivi. Sono state costruite batterie a cella trasparente, che permettevano di osservare il flusso di ioni di litio mentre la batteria si caricava e scaricava. La visione artificiale è stata utilizzata per analizzare 62 filmati di raggi X a livello nanometrico, ogni fotogramma contenente circa 490 pixel. Attraverso questa analisi pixel per pixel, il team ha addestrato un modello computazionale, generando equazioni che rappresentavano accuratamente le reazioni di inserimento del litio. In modo intrigante, i movimenti degli ioni all’interno delle particelle di LFP si sono allineati strettamente alle simulazioni al computer di Bazant, svelando un livello di dettaglio precedentemente invisibile.

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Una delle rivelazioni più significative è stata che le variazioni dello spessore del rivestimento di carbonio su una particella LFP influenzano direttamente la velocità del flusso di ioni di litio. Questa scoperta offre una via per una ricarica e scarica più efficiente delle batterie al litio. È importante sottolineare che lo studio evidenzia il ruolo critico dell’interfaccia tra elettrolita liquido e materiali dell’elettrodo solido nel governare i processi della batteria. Questa intuizione spinge verso l’ingegnerizzazione di questa interfaccia per un miglioramento delle prestazioni della batteria.

Questa ricerca pionieristica segna un passo significativo verso la comprensione delle complessità della funzione delle batterie al litio. Attraverso l’applicazione della visione artificiale, il team di ricerca ha sbloccato una quantità di informazioni che precedentemente erano inaccessibili. Mettendo in evidenza l’interfaccia tra elettrolita e materiali dell’elettrodo, lo studio indirizza l’attenzione verso un’area cruciale per l’ottimizzazione delle batterie. Questa nuova conoscenza non solo promette progressi nella tecnologia delle batterie, ma apre anche le porte per svelare processi complessi in altri sistemi chimici e biologici, andando oltre il campo dello stoccaggio dell’energia. Questa scoperta, frutto di sei anni di collaborazione dedicata, offre immense promesse per il futuro della tecnologia di stoccaggio dell’energia.