Superpočítač a umělá inteligence vylepšily sodíkové baterie: Otevírají cestu k levnější energii pro sítě

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu (UC San Diego) využili superpočítač a umělou inteligenci k zásadnímu vylepšení materiálů pro sodíkové baterie. Tento pokrok by mohl výrazně snížit náklady na velkokapacitní skladování energie v energetických sítích.

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu (UC San Diego) využili superpočítač a umělou inteligenci k zásadnímu vylepšení materiálů pro sodíkové baterie. Tento pokrok by mohl výrazně snížit náklady na velkokapacitní skladování energie v energetických sítích. Tým zkoumal na superpočítači Expanse, jak drobné změny v materiálu katody mohou zvýšit kapacitu a prodloužit životnost baterie.

Sodíkové baterie jsou považovány za cenově dostupnější alternativu k lithiovým článkům, protože sodík je hojně dostupný. Díky tomu jsou atraktivní pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné farmy, kde jsou náklady klíčovým faktorem. Dosud však sodíkové baterie trpěly nižším výkonem a rychlejší degradací ve srovnání s lithiovými, zejména při použití vysokého napětí.

Vědci se s tímto problémem vypořádali modifikací stávajícího sodíkového katodového materiálu přidáním malého množství lithia a titanu. Profesorka Shirley Meng z UC San Diego vysvětlila, že tyto jemné změny měly velký význam: upravený materiál dokázal uložit více energie a zůstal stabilní i při vyšším napětí, což je zásadní pro získání více energie z každého nabití. Laboratorní testy potvrdily, že vylepšená katoda udržela podstatně více náboje a většinu své kapacity i po mnoha cyklech, a to i v náročných vysokonapěťových podmínkách, které obvykle způsobují rychlejší rozpad sodíkových materiálů.

Pochopení, proč měly tyto drobné chemické změny tak velký dopad na výkon, bylo pro výzkumníky výzvou. Zde se uplatnil superpočítač Expanse. S využitím výpočetních kapacit programu U.S. National Science Foundation ACCESS tým provedl rozsáhlé simulace pohybu sodíkových iontů krystalovou strukturou materiálu během nabíjení a vybíjení. Tyto simulace se opíraly o modely umělé inteligence, známé jako „foundation potentials“, které dokážou provádět výpočty na atomární úrovni rychleji a levněji než tradiční výpočetní metody. Digitální modelování ukázalo, že lithium a titan pomohly sodíkovým iontům volněji se pohybovat a zároveň zabránily kolapsu krystalové struktury během opakovaného používání.

Profesor Shyue Ping Ong, spolupracovník na projektu, uvedl, že díky zúžení slibných návrhů na superpočítači Expanse před přechodem do laboratoře se podařilo postupovat mnohem rychleji, než kdyby se spoléhali pouze na metodu pokusu a omylu. Výsledky ukazují praktickou cestu ke zlepšení sodíkových baterií, což usnadňuje budování velkých bateriových farem pro ukládání obnovitelné energie a její uvolňování, když nesvítí slunce nebo nefouká vítr. Tato práce také zdůrazňuje, jak se superpočítače stávají klíčovými nástroji ve vývoji baterií. Místo spoléhání se pouze na laboratorní experimenty mohou nyní vědci simulovat tisíce možných kombinací materiálů před výrobou prototypů. To by mohlo zkrátit dobu vývoje pro baterie nové generace používané v záložních systémech, pro skladování obnovitelné energie a v budoucích elektromobilech. Zjištění byla publikována v časopise Advanced Energy Materials.