富士通株式會社和日本理化學(xué)研究所最近公布，他們的聯(lián)合研究小組在材料設(shè)計(jì)中應(yīng)用第一原理計(jì)算與人工智能技術(shù)，對全固態(tài)鋰離子電池的固體電解質(zhì)組成做了預(yù)測、合成與評價試驗(yàn)，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。結(jié)果證明，即使在較少數(shù)據(jù)下，通過與人工智能方法結(jié)合，仍可高效地找出最佳材料組成，大幅提高材料開發(fā)速度。

迄今為止，材料的開發(fā)不得不依賴研究人員長期積累的經(jīng)驗(yàn)和敏銳的直覺，需要積累許多失敗的教訓(xùn)才能成功。而第一原理計(jì)算是如果指定了材料的組成，基于量子力學(xué)可以預(yù)測的特征，在實(shí)驗(yàn)之前即可預(yù)測新的高功能材料的最佳組成，從而大幅減少實(shí)驗(yàn)失敗次數(shù)。但是第一原理計(jì)算的負(fù)荷非常巨大，材料各種組成需要多重計(jì)算，將會花費(fèi)非常長的時間。研究小組希望通過材料模擬、實(shí)驗(yàn)和人工智能密切結(jié)合，解決材料開發(fā)中的問題，使材料開發(fā)時間大幅縮短，以期更容易地發(fā)現(xiàn)意想不到的組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，造出新的高功能材料。

此次研究小組使用人工智能方法之一的貝葉斯推斷法組合，控制第一原理計(jì)算的運(yùn)算次數(shù)，對全固態(tài)鋰離子電池固體電解質(zhì)的三種含有鋰的氧酸鹽合成化合物進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果證實(shí)，該方法能在可實(shí)現(xiàn)的時間內(nèi)，預(yù)測高鋰離子傳導(dǎo)率的最佳組合。同時在預(yù)測的組成附近也發(fā)現(xiàn)了其他組成的高鋰離子傳導(dǎo)率。

鋰離子傳導(dǎo)率是固態(tài)電解質(zhì)材料重要的特征之一，是主導(dǎo)鋰電池充放電速度的因子。此次研究成果驗(yàn)證了利用材料模擬和人工智能方法可高效開發(fā)不漏液、不起火的鋰離子電池，今后有望在電池、半導(dǎo)體以及磁性體等材料領(lǐng)域發(fā)揮巨大潛力。