Công nghệ pin mô phỏng não người, giúp chẩn đoán tình trạng nhanh gấp 1.000 lần, tự kéo dài tuổi thọ

Bằng cách mô phỏng mạng lưới thần kinh trong não người, nhóm nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL) cho biết có thể chẩn đoán tình trạng pin nhanh hơn gấp 1.000 lần so với các phương pháp tiêu chuẩn, theo một thông cáo báo chí.

Những viên pin lithium-ion thông thường cung cấp năng lượng cho ô tô điện và các công nghệ khác, gồm cả bộ phận phức tạp phải hoạt động trong nhiều điều kiện thay đổi. Việc hiểu rõ tình trạng cell pin (tế bào pin) càng sớm càng tốt sẽ giúp các chuyên gia kéo dài tuổi thọ của cả bộ pin. Đây rõ ràng là lợi ích cho chủ sở hữu ô tô điện và bất kỳ ai khác sử dụng thiết bị chạy bằng pin.

“Tuổi thọ và quá trình xuống cấp của pin (suy giảm dần hiệu suất và dung lượng theo thời gian – PV) thay đổi đáng kể tùy thuộc vào thành phần hóa học, điều kiện hoạt động, tần suất sạc/xả, thiết kế điện cực và lịch sử vận hành, khiến việc xử lý, thiết kế và bảo dưỡng tối ưu trở nên khó khăn”, nhà nghiên cứu Kandler Smith cho biết trong bản tóm tắt. Ông là nhà nghiên cứu đứng đầu mảng mô hình điện hóa và khoa học dữ liệu của NREL.

“Đặc biệt rất khó để hiểu cơ chế xuống cấp vật lý của pin khi đang sử dụng nếu không mở nó ra. Chúng ta cần những phương pháp đáng tin cậy để kiểm tra trạng thái bên trong của pin theo cách không phá hủy (tháo rời, cắt, mở hoặc làm hỏng pin – PV)”, Kandler Smith nói thêm.

Cách tiếp cận của NREL thay thế mô hình dựa trên vật lý truyền thống bằng một mạng nơ-ron tích hợp kiến thức vật lý (PINN).

PINN là một loại mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) đặc biệt, kết hợp giữa mạng nơ-ron học máy và các định luật vật lý (như định luật bảo toàn năng lượng, định luật Ohm, phương trình đạo hàm riêng...). Mục tiêu là định lượng sự xuống cấp và đưa ra giải pháp tốt hơn để quản lý quá trình “lão hóa” của pin trong các chu kỳ sử dụng.

Đây là lĩnh vực mà NREL đã nghiên cứu từ lâu. Phòng thí nghiệm này từng xây dựng vài mô hình dự đoán dựa trên vật lý, nhưng chúng đòi hỏi quá trình tính toán chậm chạp và phức tạp. PINN có khả năng hiểu các định luật vật lý và áp dụng nhanh chóng chúng vào mô hình dự đoán dựa trên quy luật. Theo bản tóm tắt, đây là một sự kết hợp thông minh giữa hai phương pháp chẩn đoán: Mô hình dựa trên vật lý và mô hình dự đoán theo quy luật.

Các phòng thí nghiệm khác cũng đang nghiên cứu cảm biến và công nghệ quét có thể phát hiện lỗi trong pin để ngăn ngừa hỏng hóc và thậm chí là các vụ cháy nổ hiếm gặp nhưng nghiêm trọng.

Tất cả đều là một phần của làn sóng đột phá trong công nghệ pin đang diễn ra trên toàn cầu, mang đến những thành phần, công thức hóa học và quy trình sản xuất tốt hơn, đồng thời giúp giảm chi phí và cải thiện hiệu suất.

Goldman Sachs dự báo giá thành pin sẽ giảm 50% vào năm 2025, một phần nhờ công nghệ được cải tiến.

Goldman Sachs là một trong những tập đoàn tài chính và ngân hàng đầu tư hàng đầu thế giới, có trụ sở chính tại thành phố New York (Mỹ).

Chuyển đổi sang năng lượng sạch

Các bộ pin là thành phần then chốt trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch. Chúng vừa cung cấp năng lượng cho ô tô điện vừa lưu trữ điện từ năng lượng tái tạo. Hệ thống pin dự phòng kết hợp với tấm pin mặt trời tại nhà có thể giúp giảm đáng kể hoặc loại bỏ hóa đơn tiền điện của bạn. Một hệ thống như vậy có thể sạc ô tô điện và bảo vệ khi mất điện. Nếu đó là một phần của nhà máy điện ảo, người tiêu dùng thậm chí có thể bán số điện dư thừa trở lại lưới điện.

Nhiều khoản ưu đãi thuế đang có sẵn ở Mỹ để giúp giảm chi phí đầu tư công nghệ này.

Theo chính sách hiện hành, người Mỹ chuyển sang ô tô điện có thể được hưởng khoản tín dụng thuế đến 7.500 USD cho xe mới và 4.000 USD với xe cũ. Khoản tín dụng 4.000 USD dành cho ô tô điện cũ là chính sách từng góp phần thúc đẩy doanh số xe xanh những năm gần đây. Tuy nhiên, theo quy định mới của chính quyền Trump, chương trình này sẽ chính thức kết thúc từ ngày 30.9.

Khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời (ví dụ như tấm pin mặt trời) tại nhà, người Mỹ có thể nhận lại đến 30% chi phí đầu tư dưới dạng hoàn thuế hoặc trợ cấp từ chính phủ.

Tất cả đều góp phần giảm ô nhiễm không khí giữ nhiệt - một nguyên nhân mà NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia Mỹ) đã liên kết với nguy cơ gia tăng các cơn bão dữ dội và sóng nhiệt đe dọa tính mạng.

Công nghệ pin tự kéo dài tuổi thọ

Trở lại với NREL, các chuyên gia năng lượng tái tạo của chính phủ Mỹ đang lên kế hoạch thử nghiệm thêm để mở rộng chức năng của mô hình AI mã nguồn mở. Mục tiêu là phân tích pin ngay khi nó đang hoạt động. Đây là bước nâng cấp then chốt giúp pin với công nghệ thế hệ mới có tuổi thọ dài hơn.

“Cách tiếp cận này mở ra những khả năng mới trong chẩn đoán pin… Điều này có nghĩa là pin trong tương lai có thể tích hợp hệ thống kéo dài tuổi thọ bằng cách nhận diện tín hiệu xuống cấp và tự điều chỉnh giới hạn sạc nhanh theo tuổi thọ”, Kandler Smith cho biết trong thông cáo.