著名的美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室正在利用AI(人工智能）技术开发的下一代电池。

设计电池是一个由三部分组成的过程。一个正极，一个负极，而且重要的是一种与两个电极一起工作的电解质。

电解质是在电池的两个电极之间来回传递离子（电荷携带颗粒）的电池组件，导致电池充电和放电。对于今天的锂离子电池，电解质化学相对明确。然而，对于世界各地和美国能源部（DOE）阿贡国家实验室正在开发的下一代电池，电解质设计的问题是一个悬而未决的问题。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的材料华人科学家兼教授、阿贡储能科学合作中心（ACCESS）首席科学家孟颖（Ying Shirley Meng）说：“虽然我们被锁定在与当今商用电池一起工作的电解质的特定概念中，但对于锂离子电池之外，不同电解质的设计和开发将至关重要。

电解质开发是我们在使这些更便宜，更持久，更强大的电池成为现实方面取得进展的关键之一，并朝着继续使我们的经济脱碳迈出了重要一步。”

在发表在《科学》杂志上的一篇新论文中，孟颖及其同事阐述了他们对未来几代电池电解质设计的愿景。

出生于中国杭州的华裔女科学家孟颖2019年获国际电池材料协会研究奖

孟颖说，即使是与当今电池相对较小的偏离也需要重新思考电解质设计。她说，如果科学家能够弄清楚如何重新调整电解质，从含镍氧化物切换到硫基材料作为锂离子电池正极的主要成分，可以产生显著的性能优势并降低成本。

对于其他超越锂离子电池的化学成分，如可充电钠离子或锂氧，科学家们同样必须对电解质问题给予相当大的关注。

孟颖教授表示，科学家在开发新电解质时考虑的一个主要因素是它们如何倾向于形成称为中间相的中间层，该中间层利用电极的反应性。相间对电池的功能至关重要，因为它们控制着选择性离子如何流入和流出电极，相间就像通往电池其余部分的门;如果您的登机口不能正常工作，选择性运输就不起作用。

根据该团队的说法，近期目标是设计具有正确化学和电化学特性的电解质，以便在电池的正极和负极上形成最佳的界面。然而，最终，研究人员认为，他们可能能够开发出一组固体电解质，这些电解质在极端（高和低）温度下都很稳定，并使具有高能量的电池具有更长的使用寿命。

该论文的共同作者、ACCESS主任，储能研究联合中心副主任Venkat Srinivasan表示：用于全固态电池的固态电解质将改变游戏规则，固态电池的关键是金属阳极，但其性能目前受到称为树突的针状结构形成的限制，这些结构可以使电池短路。通过找到一种防止或抑制枝晶形成的固体电解质，我们也许能够实现一些真正令人兴奋的电池化学的好处。

为了加快对电解质突破的追求，科学家们已经转向高级表征和人工智能（AI）的力量，以数字方式搜索更多可能的候选物，加速了实验室合成的缓慢而艰苦的过程。

孟颖认为高性能计算和人工智能使我们能够确定最佳描述符和特征，从而能够针对特定用途定制设计各种电解质，我们不是在实验室里每年研究几十种电解质的可能性，而是借助计算来研究数千种电解质的可能性。电解质有数十亿种可能的成分组合 - 盐，溶剂和添加剂 - 我们可以玩。为了使这个数字更易于管理，团队开始真正利用人工智能、机器学习和自动化实验室的力量。

Srinivasan提到的自动化实验室将采用机器人驱动的实验制度。通过这种方式，机器可以进行更仔细的无辅助改进和校准实验，最终确定哪种成分组合将形成完美的电解质。自动发现可以大大提高研究的力量，因为机器可以全天候工作并减少人为错误的可能性。

孟颖、Srinivasan和陆军研究实验室科学家康旭在一篇题为“设计更好的电解质”的论文中讨论了电解质挑战，该论文最近发表在《科学》杂志上。