一些人認(rèn)為氟離子電池可以與鋰電池相媲美，甚至可以替代鋰離子電池。據(jù)外媒報(bào)道，研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)可快速發(fā)現(xiàn)一些有前景的氟離子電池材料，以加速開發(fā)這類電池。

（圖片來源：nature）

       理論上來說，無論是對電動汽車，還是消費(fèi)電子產(chǎn)品等設(shè)備來說，氟離子系統(tǒng)都是理想的電池選項(xiàng)。因?yàn)檫@種電池重量輕、體積小，具有高度穩(wěn)定性。比起鋰離子電池中使用的鋰和鈷，氟的成本更低。更重要的是，與鋰離子技術(shù)相比，計(jì)算顯示氟離子電池具有更高的存儲容量。

       然而，氟離子電池研究仍處于起步階段，2011年才出現(xiàn)關(guān)于其首個(gè)實(shí)驗(yàn)示例的報(bào)道。這類電池通過氟離子運(yùn)動進(jìn)行充放電，但目前已知能夠傳導(dǎo)氟離子的材料不多，相關(guān)研究進(jìn)展緩慢。在這種情況下，尋找用于氟離子電池的最佳材料成為一個(gè)挑戰(zhàn)性問題。

       最近，在美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill），Scott Warren實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可以利用超級計(jì)算機(jī)，快速精準(zhǔn)地計(jì)算出氟離子在任何含氟晶體中移動的難易度。該團(tuán)隊(duì)最初通過常見的分層算法（hierarchical calculation method），從包含14萬種已知材料的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行篩選，使其縮減至1萬種含氟候選材料。

       Warren表示：“由于對氟離子導(dǎo)體的研究不多，研究人員根本不知道在1萬種導(dǎo)體中找最佳候選項(xiàng)的附加標(biāo)準(zhǔn)是什么?！边@意味著一些有前景的材料在被其他標(biāo)準(zhǔn)識別之前，可能會被單一標(biāo)準(zhǔn)否定，因此需要采用新策略。

       “最終，這一解決方案變得非常簡單，即對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級，而不是刪除。”研究人員Jack Sundberg表示，“在體育運(yùn)動中，球隊(duì)排名會在新賽季發(fā)生巨大變化。在這里，隨著對氟化物擴(kuò)散狀態(tài)的了解更加深入，結(jié)構(gòu)分級也會更新?！?/p>

       首先，研究人員從1萬個(gè)候選項(xiàng)中隨機(jī)選擇300種材料，并對每種材料的氟傳輸能力進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算；這些基準(zhǔn)計(jì)算（每種材料需要一周）被用來訓(xùn)練系統(tǒng)，以開發(fā)更快的計(jì)算版本（每種材料只需一小時(shí)）；接著，將該計(jì)算版本用于其他材料，以快速精準(zhǔn)地確定其氟離子傳導(dǎo)性能。這項(xiàng)技術(shù)能夠確定其他已知氟化物導(dǎo)體，這讓研究小組對其結(jié)果充滿信心。

       Warren表示：“比起鋰離子電池中使用的材料，許多材料似乎具有更好的導(dǎo)體性能。其中一種材料是含氟的鋅鈦化合物ZnTiF6。這種材料的成本很低，具有優(yōu)異的氟傳導(dǎo)性能，是一種很有前途的氟離子電池電解質(zhì)。研究人員剛剛為一些表現(xiàn)最出色的組分提交了專利?！?/p>

       研究人員認(rèn)為，受益于這項(xiàng)工作，固態(tài)化學(xué)實(shí)驗(yàn)界可以先集中精力探討以計(jì)算方式篩選出來的組合物，從而加快材料的發(fā)現(xiàn)過程。Sundberg表示，很快將對包括ZnTiF6在內(nèi)的材料進(jìn)行測試。“計(jì)算表明這些材料比較穩(wěn)定，并且可以合成。實(shí)驗(yàn)室的其他一些學(xué)生正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)合成，并測試其性能?！?/p>