字節(jié)跳動至“AI+鋰電”

摘要

推出電解質(zhì)模擬框架。

互聯(lián)網(wǎng)巨頭字節(jié)跳動本月披露一項名為“BAMBOO”的新技術(shù)框架，標(biāo)志著其將人工智能觸角伸向鋰電池研發(fā)領(lǐng)域。該框架利用機(jī)器學(xué)習(xí)，旨在加速對鋰電池材料體系關(guān)鍵構(gòu)成——液態(tài)電解質(zhì)的模擬研究。

該框架的核心是一種被稱為機(jī)器學(xué)習(xí)力場（MLFF）的技術(shù)，它結(jié)合了人工智能與分子模擬。通過訓(xùn)練?AI?模型學(xué)習(xí)原子間的相互作用力，MLFF?可以在維持高精度的前提下，大幅提升模擬計算的速度。

其工作流程通常始于利用高精度的量子力學(xué)計算生成原子結(jié)構(gòu)及其能量、受力的數(shù)據(jù)集，隨后利用這些數(shù)據(jù)訓(xùn)練?AI?模型，最終將訓(xùn)練好的模型應(yīng)用于更大規(guī)模、更長時間的分子運動模擬。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，MLFF?是?AI?與基礎(chǔ)科學(xué)計算結(jié)合的成功范例，其最終目的是更高效地模擬復(fù)雜體系。

盡管機(jī)器學(xué)習(xí)力場已在固體材料和小分子研究中得到廣泛應(yīng)用，但其在液體電解質(zhì)模擬方面仍存在顯著差距。字節(jié)跳動此次推出的?BAMBOO?框架，正是為了解決這一挑戰(zhàn)。

液體電解質(zhì)內(nèi)部涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和界面現(xiàn)象，傳統(tǒng)的實驗方法難以全面、細(xì)致地觀察這些過程。

對于新型電解質(zhì)材料的開發(fā)而言，現(xiàn)有商業(yè)產(chǎn)品多為碳酸鹽基，成分復(fù)雜，常包含五種以上組分以滿足不同性能要求。通過實驗來探索和優(yōu)化這些多組分體系，成本高昂且耗時漫長，很大程度上依賴研究人員的經(jīng)驗和直覺。這限制了新材料從實驗室概念驗證到市場產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化速度。

原子模擬提供了一種替代方案，但面臨兩難：精確的量子力學(xué)模擬計算量巨大，而傳統(tǒng)的經(jīng)典力場方法又精度不足。MLFF?有望結(jié)合兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)速度與精度的平衡。

然而，將?MLFF?應(yīng)用于液體電解質(zhì)并非易事，因其內(nèi)部離子與溶劑分子可以形成多種復(fù)雜的局部結(jié)構(gòu)，增加了模擬難度。此前的嘗試雖取得一些進(jìn)展，但通用性有待驗證，且模擬過程中的模型崩潰、結(jié)果不穩(wěn)定以及對初始計算數(shù)據(jù)質(zhì)量的依賴等問題也限制了實際應(yīng)用。

根據(jù)字節(jié)跳動發(fā)布的信息，BAMBOO?在此背景下展現(xiàn)出其潛力。該框架在預(yù)測多種電解質(zhì)的關(guān)鍵性質(zhì)（如密度、粘度和離子電導(dǎo)率）方面，展現(xiàn)出領(lǐng)先的準(zhǔn)確性。

據(jù)稱，當(dāng)前版本的?BAMBOO?模型能夠模擬包含多達(dá)?15?種不同化學(xué)成分的體系，這對于通常包含多達(dá)?10?種成分的實際電解質(zhì)設(shè)計具有重要意義。報告指出，其預(yù)測的多種成分密度與實驗值的平均誤差僅為0.01 g cm?3。

在更廣泛的鋰電材料研究領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)力場的應(yīng)用已不鮮見。評價此類技術(shù)的先進(jìn)性通常關(guān)注幾個關(guān)鍵維度。

例如，能否在接近第一性原理計算精度的同時，將計算速度提升數(shù)個數(shù)量級；能否準(zhǔn)確模擬電化學(xué)反應(yīng)過程；是否具備從原子細(xì)節(jié)到宏觀行為的多尺度模擬能力，以準(zhǔn)確預(yù)測鋰離子遷移等現(xiàn)象；以及模型對未曾見過的新結(jié)構(gòu)或化學(xué)環(huán)境是否依然能做出準(zhǔn)確預(yù)測，并最終實現(xiàn)在保持高精度計算的前提下，模擬更大體系、更長時間的演化。

外界關(guān)注字節(jié)跳動涉足鋰電研究的動機(jī)。

一種觀點認(rèn)為，這可能與其龐大的數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)相關(guān)。市場數(shù)據(jù)顯示，字節(jié)跳動現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心規(guī)模達(dá)?3GW，預(yù)計到?2028?年將增至?8GW，對電力供應(yīng)和儲能技術(shù)有巨大需求。該公司此前已宣布計劃自建變電站以增強(qiáng)電力自主權(quán)。

此外，字節(jié)跳動在電池領(lǐng)域早有布局。2022?年，該公司曾與中科院物理所團(tuán)隊合作，研發(fā)出一種基于硫化物固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池，展示了其對前沿電池技術(shù)的關(guān)注。

此次在電解質(zhì)模擬領(lǐng)域的投入，或與其在儲能和未來電池技術(shù)上的長遠(yuǎn)規(guī)劃相符。