Hãy tưởng tượng một nhà ngoại cảm nói với cha mẹ bạn rằng vào ngày bạn sinh ra, bạn sẽ sống được bao lâu.Một trải nghiệm tương tự cũng có thể xảy ra đối với các nhà hóa học pin đang sử dụng các mô hình tính toán mới để tính toán tuổi thọ của pin chỉ dựa trên một chu kỳ dữ liệu thử nghiệm.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã sử dụng sức mạnh của máy học để dự đoán tuổi thọ của nhiều loại hóa chất pin khác nhau.Bằng cách sử dụng dữ liệu thực nghiệm được thu thập tại Argonne từ một bộ 300 viên pin đại diện cho sáu thành phần hóa học pin khác nhau, các nhà khoa học có thể xác định chính xác thời gian các loại pin khác nhau sẽ tiếp tục hoạt động trong bao lâu.

Các nhà nghiên cứu của Argonne đã sử dụng các mô hình học máy để đưa ra dự đoán về tuổi thọ của pin cho nhiều loại hóa chất khác nhau.(Hình ảnh của Shutterstock / Sealstep.)

Trong thuật toán học máy, các nhà khoa học đào tạo một chương trình máy tính để đưa ra suy luận về tập dữ liệu ban đầu, sau đó lấy những gì chương trình đã học được từ khóa đào tạo đó để đưa ra quyết định về một tập dữ liệu khác.

Nhà khoa học tính toán của Argonne, Noah Paulson, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Đối với mọi loại ứng dụng pin khác nhau, từ điện thoại di động, xe điện đến bộ lưu trữ trên lưới, tuổi thọ của pin có tầm quan trọng cơ bản đối với mỗi người tiêu dùng”.​“Việc phải quay vòng pin hàng nghìn lần cho đến khi pin hỏng có thể mất nhiều năm;phương pháp của chúng tôi tạo ra một loại bếp thử nghiệm tính toán, nơi chúng tôi có thể nhanh chóng thiết lập cách thức hoạt động của các loại pin khác nhau.”

Susan ​“Sue” Babinec, một tác giả khác của nghiên cứu, cho biết: “Hiện tại, cách duy nhất để đánh giá mức độ giảm dung lượng của pin là thực sự quay vòng pin”.“Nó rất tốn kém và mất nhiều thời gian.”

Theo Paulson, quá trình thiết lập tuổi thọ của pin có thể khó khăn.Ông nói: “Thực tế là pin không tồn tại mãi mãi và chúng tồn tại được bao lâu tùy thuộc vào cách chúng ta sử dụng cũng như thiết kế và thành phần hóa học của chúng”.“Cho đến nay, thực sự không có cách nào tốt để biết pin sẽ dùng được bao lâu.Mọi người sẽ muốn biết họ còn bao lâu nữa mới phải chi tiền cho một cục pin mới.”

Một khía cạnh độc đáo của nghiên cứu này là nó dựa vào công việc thử nghiệm rộng rãi được thực hiện tại Argonne trên nhiều loại vật liệu làm cực âm của pin, đặc biệt là cực âm dựa trên niken-mangan-coban (NMC) đã được cấp bằng sáng chế của Argonne.Paulson cho biết: “Chúng tôi có những loại pin đại diện cho các chất hóa học khác nhau, có những cách khác nhau khiến chúng xuống cấp và hỏng hóc”.“Giá trị của nghiên cứu này là nó đã cho chúng ta những tín hiệu đặc trưng về cách thức hoạt động của các loại pin khác nhau.”

Paulson cho biết nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này có tiềm năng định hướng cho tương lai của pin lithium-ion.Ông nói: “Một trong những điều chúng tôi có thể làm là huấn luyện thuật toán về một chất hóa học đã biết và đưa ra dự đoán về một chất hóa học chưa biết”.“Về cơ bản, thuật toán có thể giúp chúng tôi hướng tới các chất hóa học mới và cải tiến mang lại tuổi thọ dài hơn”.

Bằng cách này, Paulson tin rằng thuật toán học máy có thể đẩy nhanh quá trình phát triển và thử nghiệm vật liệu pin.​“Giả sử bạn có một vật liệu mới và bạn quay vòng nó vài lần.Bạn có thể sử dụng thuật toán của chúng tôi để dự đoán tuổi thọ của nó và sau đó đưa ra quyết định xem bạn có muốn tiếp tục thực nghiệm luân chuyển nó hay không.”

Babinec nói thêm: “Nếu bạn là nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, bạn có thể khám phá và thử nghiệm nhiều vật liệu hơn trong thời gian ngắn hơn vì bạn có cách đánh giá chúng nhanh hơn”.

Một bài báo dựa trên nghiên cứu, ​“Kỹ thuật tính năng cho máy học cho phép dự đoán sớm về tuổi thọ của pin,” xuất hiện trên ấn bản trực tuyến ngày 25 tháng 2 của Tạp chí Nguồn điện.

Ngoài Paulson và Babinec, các tác giả khác của bài báo bao gồm Joseph Kubal của Argonne, Logan Ward, Saurabh Saxena và Wenquan Lu.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi khoản trợ cấp Nghiên cứu và Phát triển do Phòng thí nghiệm Argonne (LDRD) tài trợ.