Como a Microsoft encontrou um potencial novo material de bateria usando IA

A inteligência artificial (IA) e a computação em larga escala em nuvem estão acelerando a busca por novos materiais para baterias. Uma colaboração aprimorada por IA entre a Microsoft e o Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) já produziu um novo material promissor, que as duas organizações estão compartilhando publicamente hoje. Eles descobriram um novo tipo de eletrólito de estado sólido, o tipo de material que poderia levar a uma bateria menos propensa a pegar fogo do que as baterias de íon de lítio atuais. Ele também usa menos lítio, o que torna mais difícil de obter com a demanda disparando para baterias recarregáveis de veículos elétricos.

Ainda há um longo caminho a percorrer para ver o quão viável esse material é como alternativa às baterias convencionais de íon de lítio. O que os cientistas estão mais animados é o potencial da IA gerativa para acelerar seu trabalho. Essa descoberta é apenas a primeira de muitos materiais que eles testarão em busca de uma bateria melhor.

“Se pudermos ver esse tipo de aceleração, minha aposta seria de que esta é a maneira do futuro para encontrar esses tipos de materiais”, diz Karl Mueller, um químico físico e diretor do escritório de desenvolvimento de programas no PNNL.

A Microsoft entrou em contato com pesquisadores do PNNL no ano passado para oferecer seu Azure Quantum Elements (AQE), uma plataforma que reúne computação de alto desempenho e IA – e eventualmente, computação quântica, de acordo com a Microsoft. A empresa lançou no ano passado como uma ferramenta projetada para descobertas em química e ciência dos materiais.

Os pesquisadores consultaram o AQE sobre materiais para baterias que usem menos lítio, e ele rapidamente sugeriu 32 milhões de candidatos diferentes. De lá, o sistema de IA teve que discernir quais desses materiais seriam estáveis o suficiente para serem usados, resultando em cerca de 500.000. Eles usaram mais filtros para deduzir o quão bem cada material poderia conduzir energia, simular como átomos e moléculas se movem dentro de cada material e determinar o quão prático cada candidato seria em termos de custo e disponibilidade.

No final, apenas 23 candidatos restaram, dos quais cinco já eram materiais conhecidos. Todo o trabalho de redução levou apenas 80 horas – uma façanha tão rápida que teria sido virtualmente impossível sem IA e AQE.

“Trinta e dois milhões é algo que nunca seríamos capazes de fazer … Imagine um humano sentado e passando por 32 milhões de materiais e escolhendo um ou dois deles. Simplesmente não vai acontecer”, diz Vijay Murugesan, cientista e líder do grupo de ciência de materiais do PNNL.

Dan Thien Nguyen, cientista de materiais do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), monta uma célula de moeda com o eletrólito sólido sintetizado. Foto por Dan DeLong para Microsoft. O PNNL sintetizou um candidato promissor dessa busca para testá-lo. Eles foram capazes de produzir uma bateria funcional com ele e usar isso para alimentar uma lâmpada e relógio. Centenas de baterias prototipadas precisarão ser testadas e aperfeiçoadas para que este novo material se prove.

Então, não espere vê-lo nas prateleiras das lojas tão cedo – já houve muita pesquisa sobre novos materiais promissores que nunca chegam ao mercado. O que é empolgante sobre esse candidato em particular é que ele usa uma combinação de lítio e sódio, um elemento abundante e o principal componente do sal. A Microsoft diz que o novo material pode reduzir a quantidade de sódio usada em uma bateria em até 70%.

Além disso, ele poderia ser usado para criar uma bateria de estado sólido mais segura do que as baterias de íon de lítio atuais feitas com eletrólitos líquidos, mais propensos a superaquecimento. A parte difícil é que os eletrólitos de estado sólido geralmente não tem sido tão bons em conduzir energia quanto seus contrapartes líquidos. Esse é um desafio que os pesquisadores ainda estão tentando superar com este novo material, uma vez que acabou mostrando menor condutividade nos testes de laboratório do que inicialmente previsto.

Felizmente, ainda há outros candidatos promissores para os pesquisadores fabricarem e testarem à medida que tentam criar a próxima geração de baterias necessárias para alimentar o mundo com energia renovável. Lembre-se de que a IA gerativa tem um impacto ambiental crescente por si só, particularmente as emissões de gases de efeito estufa associadas a toda a energia queimada com a computação. Isso torna importante aumentar simultaneamente a eficiência energética da computação e executar centros de dados em energia limpa – o que exige melhores baterias.

“Precisamos realmente comprimir os próximos 250 anos de ciência de materiais e química nas próximas duas décadas, certo? E isso porque queremos salvar nosso planeta”, diz Krysta Svore, que lidera o grupo Microsoft Quantum – Redmond (QuArC) na Microsoft Research. “Como você pode ver a partir destes resultados, IA e computação de alto desempenho juntas são capazes de entregar uma aceleração na descoberta científica.” O futuro das baterias de estado sólido é impressão 3D?

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