AI vừa phát hiện ra tương lai của pin – và đó không phải là lithium

Công nghệ Trí tuệ nhân tạo đang ngày càng có những đóng góp nổi bật trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học. Theo đó, AI vừa giúp các nhà khoa học tìm ra 5 vật liệu mới đầy tiềm năng, có thể thay thế và vượt trội hơn cả lithium trong các loại pin tương lai. Những phát hiện này mở ra khả năng phát triển pin rẻ hơn, an toàn hơn và mạnh mẽ hơn, sử dụng các nguyên tố phổ biến như magie, kẽm.

Vấn đề với pin lithium-ion

Cụ thể, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ New Jersey (NJIT) đã dùng AI để giải quyết một thách thức lớn: tìm kiếm vật liệu thay thế pin lithium-ion – vốn ngày càng đắt đỏ và không bền vững về môi trường.

Trong nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Cell Reports Physical Science , giáo sư Dibakar Datta và các cộng sự đã sử dụng AI sinh (generative AI) để nhanh chóng xác định những vật liệu có cấu trúc xốp phù hợp với loại pin đa hóa trị (multivalent-ion batteries). Đây là loại pin thế hệ mới sử dụng các nguyên tố phổ biến hơn như magie, canxi, nhôm và kẽm, hứa hẹn một tương lai lưu trữ năng lượng tiết kiệm và thân thiện hơn với môi trường.

Khác với pin lithium-ion chỉ mang một điện tích dương, pin đa hóa trị sử dụng ion có hai hoặc ba điện tích, giúp lưu trữ nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiên, nhược điểm lớn là các ion này có kích thước lớn và tích điện mạnh, khiến chúng khó di chuyển trong những vật liệu pin thông thường.

Đây chính là khía cạnh mà thế mạnh của AI được phát huy: tìm ra những vật liệu mới phù hợp hơn để dẫn truyền các ion lớn này một cách hiệu quả.

Giáo sư Datta chia sẻ:

Khó khăn lớn nhất không phải là thiếu ý tưởng về hóa học, mà là việc thử nghiệm hàng triệu cấu trúc vật liệu khác nhau là điều bất khả thi. AI giúp chúng tôi làm điều đó một cách nhanh và có hệ thống.

Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống AI kép:

• CDVAE – một mô hình học sâu có khả năng đề xuất các cấu trúc tinh thể mới dựa trên dữ liệu hàng loạt vật liệu đã biết.
• LLM – một mô hình ngôn ngữ lớn được tinh chỉnh để chọn ra các vật liệu ổn định nhất, dễ tổng hợp trong thực tế.

5 loạt vật liệu đột phá

Nhờ sức mạnh của AI, nhóm đã phát hiện ra 5 vật liệu oxit kim loại chuyển tiếp có cấu trúc xốp hoàn toàn mới, với các kênh dẫn lớn, cho phép ion đa hóa trị di chuyển nhanh chóng và an toàn – yếu tố then chốt cho pin thế hệ mới.

Các vật liệu này sau đó đã được kiểm tra bằng mô phỏng cơ học lượng tử và thử nghiệm độ ổn định, cho thấy khả năng tổng hợp và ứng dụng thực tế rất cao.

Giáo sư Datta nhấn mạnh:

Đây không chỉ là phát hiện vật liệu pin mới, mà là một phương pháp tìm kiếm vật liệu tiên tiến hoàn toàn mới, có thể ứng dụng cho điện tử, năng lượng sạch, và nhiều lĩnh vực khác.

Bước tiếp theo, nhóm sẽ hợp tác với các phòng thí nghiệm thực nghiệm để tổng hợp và kiểm tra các vật liệu AI đã thiết kế, tiến thêm một bước quan trọng trên hành trình thương mại hóa pin đa hóa trị.