人工智能（AI）不僅是自動駕駛領域的主角，在電動車電池的研發過程中也是功不可沒。

通用汽車工程集團經理丹尼爾·科里（Danielle Cory）表示：“如果沒有人工智能，我們的電動車就不會有強大的充電性能和不斷延長的電池壽命?！?p>

電池占電動汽車總成本的25%，而其中一半的成本來自原材料。利用人工智能（AI），電池研究人員可以加快探索和測試可能用于電池生產的新型材料。在AI的協助下，研發方面的進展正呈現前所未有的驚人速度。曾經需要數年時間才能實現的新發現，如今在某些情況下，幾周內就有可能實現。

研究人員表示，電動汽車工程師和營銷人員強烈要求功能改進的電池已經研發得差不多了，很快便可以交付。與正在廣泛應用的這一代鋰離子電池相比，新電池更安全、充電速度更快、更符合可持續的理念。專家表示，五年內，電動汽車將達到與傳統內燃機汽車同等的價格，這部分得益于人工智能所發揮的作用。

AI如何幫助打造更好的電池？

為實現充電更快、更安全、動力更強的電動汽車而努力，電池研究人員正在利用人工智能加快優質替代材料的尋找和測試過程。

如圖所示，數字1代表陽極（Anode），負責儲存鋰，并在電池放電時釋放鋰離子。隔膜（Separator）允許鋰離子通過，而電子則被迫分開行駛，產生電流。AI可以幫助研究人員更快地識別出合成的有機化合物，這些化合物可以提高陽極容納鋰離子的能力。

數字2代表陰極（Cathode），當電池充電時，鋰離子和電子會通過各自的路徑回到陽極。在AI的幫助下，研究人員開發出一種可以替代鈷的碘化物（鈷是一種昂貴且難以回收的重金屬，用于大多數鋰離子電池）。

數字3代表電解液（Electrolyte），通常是鹽和溶劑的混合體，促進鋰離子的移動。在AI的幫助下，研究人員可以更快地測試新的電解質配方，確定增加電壓的同時還能提高閃點（指揮發性物質所揮發出的氣體與火源接觸下會閃出火花點燃的最低溫度）的最佳組合。

數字4代表充電（Recharge）過程。快速充電通常會損壞隔膜，減少電池的使用壽命，并有可能導致火災。AI幫助研究人員找到平衡充電速度、充電電流、充電頻率和電池壽命的最佳點。

尋找電池替代原材料的時間

從幾年縮短到幾天

“從歷史上看，我們是靠人類的直覺和經驗來操作的，對過去行之有效的東西進行小的改變。”美國能源部在芝加哥大學阿爾貢實驗室成立的儲能研究聯合中心主任喬治·克拉布特里（George Crabtree）說，該中心旨在加速電池研究。“機器學習將這種材料發現過程的速度提升了幾個量級?！?p>

要了解正在發生的變化，看看當前的電池研究是如何進行的。鋰離子電池，一種將大量能量裝入小包裝的電池類型，它為家電和電動汽車的革命提供了動力。

鋰離子電池有三種基本成分，但每種成分都由多種材料組成，當科學家們想要改進它以降低成本、提高安全性或性能時，可能的替代材料幾乎是一個無限大的宇宙。在有AI之前，尋找新材料是通過傳統的統計分析來完成的，這受到計算能力和研究人員從數據中收集信息的能力的限制。

AI，或者說機器學習，改變了這一切。經過訓練以識別特定模式的快速計算機正在篩選存儲在云端的大量數據，挖掘材料數據庫、實驗結果和多年的科學文獻，進行高能搜索，以確定哪些電池化學成分可能表現優異，哪些可能失敗。

在IBM位于加州阿爾馬登的研究實驗室，科學家們利用人工智能加速開發一種快速充電且不含重金屬的鋰離子電池。IBM表示，它沒有使用價格昂貴、供應有限且難以回收的鎳和鈷，而是發現了一種使用碘化物材料的方法，這種材料可以從鹽水中獲得，有可能使這種電池的生產成本比今天的鋰離子配方便宜得多。

最近的一組可能用于電解液的材料，有大約2萬種潛在化合物。使用傳統的計算方法來篩選這些候選材料可能需要五年時間。機器學習在9天內就對它們進行了評估。

“人工智能現在變得更加核心，因為我們調整了溶劑和電解質，讓電池在容量和生命周期方面更加出色，因為我們有更多的時間來訓練它?！卑栺R登實驗室主任杰夫·韋樂森（Jeff Welser）說。

電池測試時間縮短了六倍

除了幫助材料研究外，人工智能還有助于縮短實驗電池的測試時間。在過去，優化新的電芯設計是一個經常需要花費數年時間對電池進行數千次充電和放電的過程?，F在，人工智能能夠快速分析電池測試過程中收集到的海量數據，讓科學家能夠更快地對性能進行預測，減少需要進行的測試次數。

在特斯拉的“電池日”活動上，埃隆·馬斯克（Elon Musk）概述了使用更便宜、更強大的電池的2.5萬美元電動汽車的計劃。該公司設定了一個遠大目標，即每年生產2000萬輛電動汽車。

在為特斯拉和福特生產電池的松下公司，該公司能源技術中心總經理中浦健介表示，機器學習大大減少了測試新設計時必須對電池進行充電和放電的次數?！耙郧靶枰紤]三年左右的時間?！敝衅终f，“在最快的情況下，已經減少到大約六個月。”

總部位于以色列的電池制造商StoreDot的研究人員正在利用AI創造一種電池，以削減電動汽車的充電時間，根據條件和車輛型號，這個過程可能需要幾個小時。去年，該公司的合作伙伴包括BP、戴姆勒股份公司、TDK和三星，展示了一種用于兩輪車的電池，可以在五分鐘內充電。它希望在2022年在四輪電動車上展示這種電池。

來自斯坦福大學、麻省理工學院和豐田研究院的研究團隊正在應用AI確定電動汽車電池10分鐘內充電的最佳方法，以最大限度地延長電池的使用壽命。傳統的方法需要500天的充電和放電，但他們使用一個訓練有素的算法，在16天內在224個候選方案中確定了最佳的充電協議。

斯坦福大學材料科學與工程副教授、該研究的合著者威廉（William Chueh）說：“我們致力于人工智能就是要加快研發周期，這樣我們就能更快地迭代?！痹撗芯拷衲臧l表在《自然》雜志上。

在卡內基梅隆大學，機器學習軟件使一個名為Otto的機器人發現了一種新的水基電解質溶液，其性能比當前的標準電壓更高。Otto每隔7分鐘就制作一種新的水和四種鹽的混合物，測試混合物的電壓穩定性，并將結果發送到云端。

在40個小時內，Otto利用人工智能找到了一種電解質的配方，“比最先進的電解質更好?！笨▋然仿〈髮W機械工程副教授文卡特·維斯瓦納阿森（Venkat Viswanathan）說，他是這項研究的合著者。他說，要用標準方法找到同樣的配方，需要花費數年時間。