Виртуальный электрод увеличил циклический ресурс аккумулятора в 8,25 раза в испытаниях
Электроника во многом ограничена в производительности ресурсом своих батарей. Исследователи работают над составом, строением и оптимизацией батарей, в том числе с использованием глубокого обучения.
Большая часть современной портативной электроники использует литийионные батареи в качестве источника энергии. Одна из проблем этих устройств — снижение емкости вследствие осаждения лития на одном из электродов. Это же процесс повышает риск короткого замыкания и возгорания.
Группа химиков и инженеров придумала, как контролировать этот процесс. С помощью глубокого обучения они создали виртуальный референтный электрод, который предсказывает потенциал на отрицательном электроде в реальном времени, а на основе этой информации можно управлять процессами в батарее. Результаты моделирования и экспериментов опубликовали в журнале Nature Communications.
Виртуальный референтный электрод имитировал ансамбль нейронных сетей. Его обучили на 10 миллионах точек данных, снятых с 55 трехэлектродных миниатюрных батарей при различных режимах зарядки.
Обученные нейросети мгновенно и с высокой точностью предсказывали потенциал отрицательного электрода относительно литиевого. В отличие от физического третьего электрода, который деградирует со временем, виртуальный сохраняет точность на протяжении всего времени работы.
Результаты моделирования подтвердили экспериментально. Ученые работали с двухэлектродными ячейками: отрицательный электрод — из графита, положительный — из LiFePO₄, а третий — виртуальный. Они заряжали графитовый электрод и останавливали процесс, когда виртуальный электрод показывал напряжение на определенном пороге относительно литиевого.
После эксперимента ученые рассмотрели поверхность электродов под электронным микроскопом. Литий совершенно не осаждался на поверхности графита при потенциале отрицательного электрода относительно литиевого в 0,01 и 0 вольт. Когда созданная учеными модель показывала разницу потенциалов -0,01 вольта, на электроде появлялись островки нуклеации, мельчайшие частицы лития. При -0,02 вольта на графите возникали ветви металла, похожие на мох. Площадь покрытия литием достигала 50 процентов.
Этим ученые подтвердили, что виртуальный электрод замечает начало осаждения лития так, будто в системе есть третий реальный референтный электрод. На основе этого вывода ученые создали адаптивный протокол зарядки. Его выбрали адаптивным: сначала заряд идет на высоком токе, но как только потенциал отрицательного электрода приближается к пороговому значению 0,02 вольта, система автоматически ступенчато снижает его, не давая потенциалу уйти в опасную зону.
Эксперименты провели на ячейках, для которых осаждение лития на электроде наиболее вероятно — отношение емкостей электродов около единицы. При стандартном протоколе, с постоянным током и напряжением, ячейка потеряла 80 процентов емкости к 10-15-му циклу. Зарядка с виртуальным электродом продлила жизнь ячейки до 120 циклов, более чем в восемь раз. Умный протокол также со временем не терял в средней скорости зарядки, а на графите не осаждался литий.
Так как химики обучили модель на реальных данных, а не на уравнениях, описывающих реальность, она улавливает сложные эффекты деградации системы: изменение импеданса, потерю лития. Чем больше данных получает модель, тем точнее становятся ее предсказания.
Построенная учеными система открывает путь к динамическому управлению каждой ячейкой батареи. Исследователи считают, что предварительные затраты на имплементацию системы позволяют выжать из батарей максимум производительности без увеличения рисков. Выбранный подход можно распространить на виртуальные сенсоры для внутреннего давления и температуры.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые создали математическую модель, которая показала вероятную гибель древнего спутника Венеры из-за гравитационных сил. Теоретическое исследование предлагает один из сценариев развития Солнечной системы, чтобы понять причины кардинальных различий в эволюции Земли и ее соседки.
Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Международная группа физиков зафиксировала под землей в США аномальный всплеск энергии, похожий на прямое столкновение невидимой частицы темной материи с обычным веществом. Подземные датчики поймали сигнал, который не удалось списать ни на один из известных науке видов радиации или фоновых помех.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии