Vetyautojen sydämen suunnittelu tekoälyn avulla

Ilmastokriisin aikakaudella vetyajoneuvot ovat nousemassa esiin vaihtoehtona ympäristöystävälliselle liikkuvuudelle. Polttokennolla, joka tunnetaan "vetyauton sydämenä", on kuitenkin edelleen rajoituksia, kuten korkeat kustannukset ja lyhyt käyttöikä.

Keskeinen syy on platinakatalyytti. Vaikka se on ratkaiseva materiaali sähkön tuotannossa, reaktio on hidas, suorituskyky heikkenee ajan myötä ja valmistuskustannukset ovat korkeat. Korealaiset tutkijat ovat esittäneet vihjeen tämän vaikean ongelman ratkaisemiseksi.

KAIST ilmoitti että materiaalitieteen ja -tekniikan laitoksen professori EunAe Chon johtama tutkimusryhmä on yhdessä Soulin kansallisen yliopiston kemian ja biotekniikan laitoksen professori Won Bo Leen tiimin kanssa kehittänyt teknologian, joka ennustaa katalyyttien "atomien järjestymisen" taipumusta tekoälyn avulla.

Tämä teknologia on kuin laskettaisiin etukäteen, mikä yhdistelmä on edullisin palapelin ratkaisemiseksi ennen sen kokoamista. Kun tekoäly laskee ensin metalliatomien järjestymisnopeuden, on mahdollista suunnitella tehokkaasti katalyyttejä, joilla on parempi suorituskyky. Tämän tutkimuksen ydin on, että "tekoäly paljasti, että sinkillä on ratkaiseva rooli platina-koboltti-atomien järjestelyssä".

Vaikka olemassa olevien platina-koboltti (Pt-Co) -seoskatalyyttien suorituskyky on korkea, atomien säännöllisessä järjestyksessä olevan metallien välisen rakenteen (L1 ₀) luominen vaati erittäin korkean lämpötilan lämpökäsittelyn . Tässä prosessissa hiukkaset paakkuuntuisivat yhteen tai rakenteesta tulisi epävakaa, mikä rajoittaisi polttokennojen todellista käyttöä.

Ratkaistakseen tämän ongelman tutkimusryhmä otti käyttöön koneoppimiseen perustuvia kvanttikemian simulaatioita. Tekoälyn avulla he ennustivat tarkasti, miten atomit liikkuvat ja järjestäytyvät katalyytin sisällä.

Tämän seurauksena he havaitsivat, että sinkki (Zn) toimii välittäjänä, joka edistää atomien järjestymistä. Periaatteena on, että kun sinkkiä lisätään, atomit löytävät paikkansa helpommin, muodostaen hienostuneemman ja vakaamman rakenteen. Toisin sanoen tekoäly on löytänyt "optimaalisen polun atomien järjestelyn luomiselle" etukäteen.

Tekoälyn ennusteiden perusteella syntetisoitu sinkki-platina-kobolttikatalyytti oli sekä korkeamman aktiivisuuden että erinomaisen pitkäaikaiskestävyyden suhteen kaupallisiin platinakatalyytteihin verrattuna. Tämä tapaus osoittaa, että tekoälyn laskema "virtuaalinen suunnitelma" voidaan toteuttaa tehokkaana katalyyttinä todellisessa laboratoriossa.

Tämän teknologian odotetaan erityisesti pidentävän katalysaattorien käyttöikää ja alentavan valmistuskustannuksia keskeisillä hiilineutraaleilla teollisuudenaloilla, kuten vetykäyttöisissä henkilöautoissa, pitkän matkan toimintaa vaativissa vetykuorma-autoissa, vetylaivoissa ja energian varastointijärjestelmissä (ESS).

Aiheesta aiemmin:

Kädessä pidettävä polttokennoreaktori

Hiilimonoksidi tulee polttokennokatalyyttien siunaukseksi

Fysiikka tekoälyn perustaksi