الذكاء الاصطناعي يعيد تشكيل مستقبل البطاريات العالمية

في تحول علمي قد يرسم ملامح جديدة لمستقبل الطاقة، نجح فريق بحثي من معهد نيوجيرسي للتقنية (NJIT) في توظيف الذكاء الاصطناعي لاكتشاف بدائل واعدة لبطاريات الليثيوم التقليدية، التي تواجه تحديات متزايدة ترتبط بالاستدامة وارتفاع التكاليف ومحدودية الإمدادات العالمية. 

هذه المبادرة البحثية تقود قطاع تخزين الطاقة نحو استخدام عناصر متوفرة بكثرة وأكثر أمانًا للبيئة، ما قد يسهم في بناء منظومة طاقة عالمية أكثر استقرارًا.

أزمة الليثيوم

تعتمد البنية التحتية للطاقة عالميًا بشكل كبير على بطاريات الليثيوم-أيون، إلا أن هذه التقنية أصبحت عبئًا بيئيًا واقتصاديًا بسبب ارتفاع الطلب ونُدرة موارد الليثيوم. 

في ظل هذه المعطيات، ظهرت الحاجة إلى بدائل جديدة تعتمد على عناصر طبيعية مثل المغنيسيوم والكالسيوم والألمنيوم والزنك، إذ تتميز هذه العناصر بتكلفتها المنخفضة وتوافرها في الطبيعة، إلى جانب قدرتها النظرية على تخزين طاقة أعلى بفضل شحناتها الكهربائية المتعددة.

رغم هذه المميزات، واجه العلماء لعقود صعوبات كبيرة في تطوير بطاريات الأيونات المتعددة التكافؤ، بسبب التحديات المتعلقة بحركة هذه الأيونات الضخمة داخل المواد الصلبة المستخدمة في البطاريات، مما عرقل تنفيذ هذه التقنية على نطاق واسع.

تقنية مزدوجة

لتجاوز هذا التحدي، ابتكر فريق معهد نيوجيرسي نهجًا ذكائيًا مزدوجًا يمزج بين الإبداع والتحليل الدقيق، حيث اعتمد على نموذج ترميز تلقائي يُعرف باسم CDVAE، مدرب على قواعد بيانات بلورية ضخمة، لتوليد هياكل جديدة كليًا تصلح لتخزين الطاقة.

بالتوازي، تم استخدام نموذج لغوي ضخم (LLM) مُعدّل خصيصًا لتحليل هذه الهياكل وتقييم استقرارها الديناميكي والحراري، وهو ما يُعد عنصرًا محوريًا لتحديد إمكانية تصنيع هذه المواد عمليًا في المختبرات، هذا التعاون بين النموذجين اختصر آلاف الساعات من العمل المخبري، ما جعل عملية الاكتشاف أسرع وأكثر كفاءة.

نتائج واعدة

أسفر هذا النهج عن اكتشاف خمس مواد جديدة بالكامل من أكاسيد الفلزات الانتقالية، تتميز بوجود قنوات داخلية مفتوحة تُعد مثالية لحركة الأيونات الكبيرة. 

وقد أظهرت الاختبارات والمحاكاة الكمومية أن هذه المواد ليست نظرية فحسب، بل يمكن تصنيعها فعليًا، مما يمنحها أفضلية عملية في المنافسة على مستقبل تقنيات تخزين الطاقة.

البروفيسور ديباكار داتا، قائد الفريق، أكد أن أهمية هذا الابتكار تتعدى مجرد اكتشاف مواد بديلة، بل تؤسس لطريقة جديدة في استكشاف المواد العلمية باستخدام الذكاء الاصطناعي، ما قد ينعكس على العديد من القطاعات الأخرى مثل الإلكترونيات والطاقة النظيفة.

مرحلة التصنيع

يسعى الفريق حاليًا إلى التعاون مع معامل متخصصة لاختبار هذه المواد على أرض الواقع، وذلك في إطار التمهيد لإنتاج تجاري محتمل لبطاريات الأيونات المتعددة التكافؤ، التي قد تُحدث نقلة نوعية في كفاءة واستدامة أنظمة الطاقة حول العالم.

ويعكس هذا المشروع التكامل المتسارع بين الذكاء الاصطناعي وعلوم المواد، كما يؤكد أن الابتكار العلمي لم يعد حكرًا على المختبرات، بل بات نتاج تفاعل خوارزميات ذكية قادرة على التعلم والإبداع، ما يفتح الباب أمام تسريع حل أزمات الطاقة العالمية بطريقة أكثر استدامة.