加州大學聖地牙哥分校（UC San Diego）研究團隊利用超級電腦和人工智能技術，改良鈉離子電池材料，此舉有望降低電網大規模儲能成本。團隊借助聖地牙哥超級電腦中心的 Expanse 超級電腦，探討電池正極內部微小材料變動如何提升儲能容量並延長電池壽命。鈉離子電池被視為鋰離子電池的低成本替代品，因為鈉資源豐富且易取得，特別適合儲存太陽能和風能發電場的再生能源，成本是關鍵考量因素。
然而，鈉離子電池在性能和衰減速度上落後鋰電池，尤其在高壓環境下表現不佳。
微調帶來重大突破
為解決此問題，科學家在現有鈉基正極材料中添加少量鋰和鈦元素。UC San Diego 的 Shirley Meng 教授指出：「這些細微改變影響深遠，改良材料能儲存更多能量，並在高壓下保持穩定，這是提升每次充電能量輸出的關鍵。在實驗室測試中，改良正極維持更高電荷容量，經多次循環後仍保有大部分容量，即使在通常令鈉材料快速崩解的高壓條件下亦然。」
研究挑戰在於釐清這些化學微調何以帶來顯著性能提升，此時 Expanse 超級電腦派上用場。
團隊透過美國國家科學基金會 ACCESS 計劃的計算資源，執行大規模模擬，分析充電和放電過程中鈉離子在晶體結構中的移動路徑。模擬採用稱為基礎電位（foundation potentials）的 AI 模型，能以更低成本和更快速度進行原子級計算。研究顯示，鋰和鈦有助鈉離子更自由移動，同時防止晶體框架在反覆使用中崩塌。
UC San Diego 教授兼項目合作者 Shyue Ping Ong 表示：「在 Expanse 上篩選潛力設計後，我們無需純粹依賴試錯，即可加速進入實驗階段。
這項成果為改良鈉離子電池指明實用途徑，有助興建大型電池場，用以儲存再生能源，在無陽光或無風時釋放電力。」此研究亦凸顯超級電腦在電池開發中的關鍵角色，科學家可模擬數千種材料組合，縮短電網備用系統、再生能源儲存及未來電動車電池的開發時程。研究成果刊載於 Advanced Energy Materials。
