Wetenschappers hebben een grote doorbraak behaald in batterijomwenteling door gebruik te maken van generatieve kunstmatige intelligentie (AI) om nieuwe materialen te ontdekken die het gedrag en de mogelijkheden van batterijen van de volgende generatie kunnen transformeren. Dit baanbrekende onderzoek richt zich op de ontwikkeling van multivalenten batterijen, een veelbelovende alternatieven voor de momenteel dominantie lithium-ion batterijen. Multivalenten batterijen vormen een belangrijke vooruitgang in energieopslag, omdat ze ionen gebruiken die meerdere ladingen dragen — zoals magnesium- of aluminiumionen — in plaats van lithiumionen. Omdat deze multivalentionen meer lading per ion kunnen overdragen, bieden ze kansen op hogere energiedichtheid en grotere efficiëntie. Daarom worden multivalenten batterijen beschouwd als een veelbelovende oplossing om de beperkingen van bestaande batterijtechnologieën te overwinnen, waaronder problemen met capaciteit, kosten en duurzaamheid. Een belangrijke uitdaging bij het realiseren van werkende multivalenten batterijen is het vinden van geschikte materialen die de beweging van multivalentionen binnen het batterij-systeem op een efficiënte en betrouwbare manier kunnen mogelijk maken. Dit vereist het ontdekken van materialen met specifieke structurele en chemische eigenschappen die multivalentionen kunnen opnemen zonder afbraak, terwijl ze een hoge energieopslagcapaciteit behouden. Om deze uitdaging aan te pakken, maakten onderzoekers gebruik van generatieve AI — een geavanceerde AI-technologie die in staat is om nieuwe gegevensrepresentaties te genereren en eigenschappen te voorspellen in grote datasets.

In hun studie analyseerde het AI-systeem miljoenen potentiële materiaalkombinaties en structuren binnen een uitgebreid chemisch domein om kandidaten te identificeren die aan de strenge eisen van multivalenten batterijtoepassingen voldoen. Deze grondige computationele zoektocht leidde tot de identificatie van vijf zeer veelbelovende poreuze metalen oxiden. Poreuze structuren zijn vooral waardevol in batterijen omdat ze een groot oppervlak en paden bieden die de efficiënte beweging en opslag van ionen bevorderen. Deze nieuw ontdekte poreuze metalen oxiden vertonen structurele eigenschappen die gunstig zijn voor de opslag en het transport van multivalentionen, waardoor ze potentiële doorbraken vormen in batterijontwerp. De implicaties van deze ontdekking zijn aanzienlijk: door deze materialen te identificeren, leggen de onderzoekers de basis voor energiebronnen met een hogere energiedichtheid, snellere oplaadtijden en betere duurzaamheid in vergelijking met traditionele lithium-ion batterijen. Bovendien bevatten deze metalen oxiden meer voorkomende metalen, wat de afhankelijkheid van lithium kan verminderen — een dure grondstof die te maken heeft met toeleveringsproblemen. Deze vooruitgang wordt verwacht de ontwikkeling van duurzame energieoplossingen te versnellen die essentieel zijn voor een breed scala aan toepassingen — van draagbare apparaten en elektrische voertuigen tot grootschalige energieopslag. Verbeterde batterijen met grotere capaciteit en duurzaamheid kunnen de bredere adoptie van hernieuwbare energietechnologieën ondersteunen, wat bijdraagt aan het verminderen van koolstofuitstoot en het bestrijden van klimaatverandering. Kortom, de integratie van generatieve kunstmatige intelligentie in de materiaalkunde heeft geleid tot de ontdekking van nieuwe poreuze metalen oxiden die geschikt zijn voor multivalenten batterijen. Deze mijlpaal toont de krachtige synergie tussen AI en materiële innovatie en markeert het begin van een nieuw tijdperk in batterijtechnologie, met belofte voor veiligere, efficiëntere en milieuvriendelijkere energieopslag voor de toekomst.