為電池繪制“基因組”圖譜

有很多方法可以繪制世界地圖，從地理插圖到我們周圍生物的基因組成。作為一名狂熱的戶外運(yùn)動(dòng)愛好者、徒步旅行者和山地自行車愛好者，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的科學(xué)家坎德勒·史密斯(KandlerSmith)自然也會(huì)將這些概念應(yīng)用到他的研究中。史密斯領(lǐng)導(dǎo)了NREL的電池電化學(xué)儲(chǔ)能計(jì)算模型，他設(shè)計(jì)了地圖和模型，以提高我們對(duì)電池的理解。

史密斯說：“研究可持續(xù)能源是我?guī)椭Ｗo(hù)自然世界的一種方法。我喜歡設(shè)計(jì)和解決安全、可靠、高效的電網(wǎng)和交通脫碳電池的難題。”

史密斯在NREL領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，專注于電池診斷實(shí)驗(yàn)，如X射線/CT，使用模型來幫助推進(jìn)電池材料和設(shè)計(jì)。圖片來源：WernerSlocum，NREL

為更好的電池建模

史密斯在NREL工作了15年，他是預(yù)測(cè)和延長鋰離子電池壽命的專家，但電化學(xué)儲(chǔ)能并非他一直以來的興趣所在。史密斯的職業(yè)生涯始于機(jī)械工程，曾為軍事項(xiàng)目研究噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，后來轉(zhuǎn)向可再生能源。在賓夕法尼亞州立大學(xué)獲得機(jī)械工程博士學(xué)位后，他加入了NREL。

“我最初對(duì)制造機(jī)器感興趣，比如直升機(jī)，”史密斯說。但熱力學(xué)和熱傳導(dǎo)學(xué)科激發(fā)了我對(duì)能源的興趣，后來又對(duì)電化學(xué)產(chǎn)生了興趣。我沒有制造引擎，而是開始制造電腦模型，為可持續(xù)發(fā)展的未來設(shè)計(jì)更好的電池。”

坐落在陽光明媚的科羅拉多山麓，NREL提供了一個(gè)適合史密斯做研究的良好環(huán)境。在NREL，史密斯協(xié)助開發(fā)了許多電池模型，包括雄心勃勃的電池計(jì)算機(jī)輔助工程(CAEBAT)項(xiàng)目。

CAEBAT項(xiàng)目支持了實(shí)驗(yàn)室和行業(yè)主導(dǎo)的軟件程序的開發(fā)，目前全球數(shù)千名工程師使用該程序來了解電池電化學(xué)材料與大型系統(tǒng)的之間的復(fù)雜相互作用。為了表彰史密斯在電池壽命建模、預(yù)測(cè)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)方面的世界級(jí)貢獻(xiàn)，NREL最近授予了史密斯杰出研究人員稱號(hào)。

儲(chǔ)能是電氣化交通運(yùn)輸和電網(wǎng)快速發(fā)展的關(guān)鍵，是未來脫碳的基石。公開交換電池?cái)?shù)據(jù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源目標(biāo)是不可或缺的。為了支持這一努力，史密斯正在幫助領(lǐng)導(dǎo)NREL和行業(yè)伙伴之間的新興合作，以創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)有力的電池基因組圖譜，以標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式，并促進(jìn)整個(gè)電池社區(qū)的數(shù)據(jù)和軟件的開放交換。該計(jì)劃將支持未來利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來簡(jiǎn)化電池研發(fā)的過程。

“計(jì)算建模使研究人員能夠自動(dòng)化和加速創(chuàng)新，”史密斯說。“與物理相關(guān)的人工智能有助于解決電池材料不完全了解的問題；或者因?yàn)閿?shù)據(jù)集的規(guī)模太大，人類無法解決的問題。通過共同努力，我們可以加快前沿實(shí)驗(yàn)的步伐，增加對(duì)新的可持續(xù)技術(shù)的采用。”

對(duì)電池基因組的更全面的了解將加速儲(chǔ)能項(xiàng)目的研究。雖然史密斯并沒有直接從事新電池材料的發(fā)現(xiàn)，但他的建模工作通過提供電池在新材料下的性能的粗略預(yù)測(cè)，支持了下一代新發(fā)現(xiàn)的快速達(dá)成。此外，電池基因組項(xiàng)目將把電池視為一個(gè)整體系統(tǒng)，從制造到健康預(yù)測(cè)，能夠改進(jìn)整個(gè)能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。

文章由美國能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)提供。

（素材來自：NREL全球儲(chǔ)能網(wǎng)、全球鋰電池網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）

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