En los laboratorios de la Instituto de Tecnología de Nueva JerseyUna computadora acaba de lograr lo que décadas de investigación tradicional no habían logrado. En tan solo unas semanas de cálculos, la inteligencia artificial ha descubierto cinco materiales completamente nuevos que podrían... baterías sin litio.
No se trata de pequeñas mejoras incrementales, sino de un verdadero avance: baterías que prometen ser más potentes, más duraderas e increíblemente más económicas. La investigación, publicado en Cell Reports Physical Science, marca el comienzo de una nueva era para el almacenamiento de energía.
¿Cómo funcionan las baterías multivalentes sin litio?
El equipo dirigido por Profesor Dibakar Datta utilizó un enfoque revolucionario para sortear uno de los problemas más persistentes en la ciencia de los materiales. Las baterías multivalentes sin litio funcionan según un principio completamente diferente En comparación con los dispositivos tradicionales, en lugar de usar iones de litio, que tienen una sola carga positiva, estos nuevos dispositivos utilizan elementos como magnesio, calcio, aluminio y zinc, cuyos iones pueden tener dos o incluso tres cargas positivas simultáneamente.
Piénsalo: si un solo ion puede transportar tres veces la energía, teóricamente podrías tener baterías sin litio Mucho más denso energéticamente. El problema, hasta ahora, ha sido encontrar materiales capaces de manejar estos iones más grandes y pesados. Es como intentar que un autobús pase por una carretera diseñada para bicicletas.
Los cinco materiales descubiertos por IA tienen una estructura porosa con canales amplios y abiertos, ideal para permitir el movimiento rápido y seguro de estos iones multivalentes. Como explica Datta: “Estos materiales tienen grandes canales abiertos ideales para mover estos voluminosos iones multivalentes de forma rápida y segura”..
La inteligencia artificial supera años de investigación tradicional
La verdadera innovación no reside solo en los materiales, sino en el método de descubrimiento. El equipo de Instituto de Tecnología de Nueva Jersey ha desarrollado un sistema de IA dual que combina un autocodificador variacional de difusión de cristal (CDVAE) con un modelo de lenguaje grande optimizado. la primera genera estructuras cristalinas completamente nuevas, el segundo los filtra para la estabilidad termodinámica.
Un proceso que tradicionalmente requeriría décadas de experimentos En el laboratorio, se comprimió en unas pocas semanas de computación. La IA exploró miles de posibles estructuras cristalinas e identificó los cinco candidatos más prometedores. baterías sin litio del futuro.
como el dice Datta, El principal desafío no fue la falta de químicas prometedoras para las baterías, sino la absoluta imposibilidad de probar millones de combinaciones de materiales.El enfoque tradicional de prueba y error en el laboratorio simplemente no puede satisfacer la complejidad del problema. Como os dije cuando hablé de las baterías de sodioLa búsqueda de alternativas al litio es una carrera contra el tiempo.
¿Por qué necesitamos baterías sin litio?
Litio Se está convirtiendo en un cuello de botella Es crucial para la transición energética. Las reservas globales se concentran en unos pocos países, los costos de extracción se disparan y el impacto ambiental de la minería es cada vez más problemático. Las baterías sin litio representan una salida a esta dependencia..
Los elementos elegidos para estos nuevos materiales (magnesio, zinc, calcio, aluminio) son increíblemente más abundantes que el litio. El magnesio, por ejemplo, es 500 veces más abundante de litio en la corteza terrestre. Esta abundancia se traduce naturalmente en menores costos y mayor estabilidad del suministro.
Utilizamos IA generativa como una forma rápida y sistemática de examinar ese vasto panorama e identificar las pocas estructuras que realmente podrían hacer que las baterías multivalentes sean prácticas.
Pero la sostenibilidad no es la única ventaja. Las pruebas preliminares sugieren que estos materiales podrían ofrecer un rendimiento superior en términos de capacidad de almacenamiento de energía y velocidad de carga.
De las simulaciones a la realidad: baterías sin litio
Los investigadores no se limitaron a simulaciones por computadora. Validaron sus hallazgos mediante simulaciones de mecánica cuántica y pruebas de estabilidad, confirmando que... Los materiales realmente pueden sintetizarse Experimentalmente. Es la diferencia entre tener una idea brillante escrita y demostrar que funciona en el mundo real.
El siguiente paso implicará colaborar con laboratorios experimentales para sintetizar y probar físicamente estos materiales diseñados por IA. El objetivo es desarrollar prototipos funcionales de baterías sin litio. que puede evaluarse para aplicaciones comerciales.
Este enfoque basado en IA tiene implicaciones que van mucho más allá de las baterías. Como señala Dattase trata de Establecer un método rápido y escalable para explorar cualquier material avanzado, desde la electrónica hasta soluciones de energía limpia.Es una nueva forma de hacer ciencia de materiales.
La investigación paralela de Microsoft y el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste demostraron resultados similares, identificando materiales que pueden reducir el uso de litio hasta en un 70%La convergencia de estos resultados de equipos independientes fortalece la credibilidad del enfoque.
Nos encontramos ante lo que podría ser un punto de inflexión para la industria energética. Como hemos visto con otras innovacionesCuando la investigación computacional y la IA se combinan con la experimentación tradicional, los resultados pueden ser extraordinarios.
Las baterías sin litio son una posibilidad real que podría materializarse en los próximos años. Y esta vez, en lugar de esperar décadas para descubrimientos fortuitos, contamos con inteligencia artificial que acelera el proceso de investigación de maneras que hasta hace poco parecían imposibles.
