UC San Diego利用少量钠和超级计算机打造更便宜、更耐用的电池

盖世汽车讯 据外媒报道，加州大学（University of California）计算机、信息与数据科学学院圣地亚哥超级计算机中心（San Diego Supercomputer Center，SDSC）的Expanse超级计算机在帮助研究人员设计下一代电池方面发挥了重要作用，这些电池有望降低大规模储能的成本并提高其可持续性。

目前，电网和电动汽车严重依赖锂离子电池，但锂价格相对昂贵，且全球分布不均。相比之下，钠储量丰富且价格低廉——钠也是食盐的主要成分——这使得钠基电池成为大型储能装置（例如太阳能和风能备用电源）的理想选择。然而，钠电池面临的挑战是如何在保证足够功率输出的同时，还能经受住多次充放电循环。

图片来源：期刊《Advanced Energy Materials》

在发表于期刊《Advanced Energy Materials》的一项研究中，加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）的科学家与国际同行合作以深入研究电池正极（也称为阴极）。他们以现有的钠基材料为基础，尝试添加极少量的锂和钛，就像烹饪时调配调味料一样。

UC San Diego雅各布斯工程学院Aiiso Yufeng Li家族化学和纳米工程系能量存储与转换实验室主任、芝加哥大学（University of Chicago）普利兹克分子工程学院教授Shirley Meng解释说：“这些细微的改变最终产生了巨大的影响：改进后的材料能够储存更多能量，即使在电池电压升高的情况下也能保持稳定，这对于每次充电释放更多能量至关重要。在实验室测试中，改进后的阴极能够储存更多电量，并且在多次循环后仍能保持大部分容量，即使在通常会导致钠材料更快分解的苛刻高压条件下也是如此。”

为了了解为何如此微小的调整竟能产生这么巨大的影响，UC San Diego化学与纳米工程系兼职教授、该项目的合作者Shyue Ping Ong求助于SDSC的Expanse超级计算机。基于美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）ACCESS项目在Expanse超级计算机上的资源，Ong的团队利用一种被称为“基础势”（foundation potentials）的AI模型进行了大规模仿真，研究钠离子如何在材料晶体结构中移动，以及电池充放电过程中晶体结构的响应。

基础势是Ong的团队近期推出的一项创新技术，它能够以远低于传统计算的成本进行原子级仿真。Ong表示，这些仿真有助于解释为何锂和钛增强材料能够让钠离子更自由地移动，并防止晶体结构在运行过程中发生坍塌。

Ong表示：“通过在Expanse超级计算机上筛选出有前景的设计方案，然后再进入实验室进行实验，我们能够比单纯依靠反复试验更快地推进研究。我们的研究成果为改进钠离子电池指明了一条切实可行的途径，使建造大型电池电站成为可能，这些电站可以储存可再生能源，并在阳光不足或无风时释放能源。”

这项研究凸显了能源研究领域更广泛的转变：像Expanse这样的超级计算机，结合基础势等AI模型，正成为发现和改进新材料的关键工具，它们将复杂的原子尺度物理现象转化为可操作的设计规则，从而加速向更清洁、更具韧性的电网转型。