燃料動(dòng)力電池可由風(fēng)能和太陽(yáng)能出現(xiàn)的清潔氫燃料來(lái)出現(xiàn)熱量和電能，同時(shí)智能手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)中的鋰離子電池也是一種很受歡迎的能源存儲(chǔ)方式。兩者的性能都與它們的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)：電極內(nèi)部的小孔的形狀和排列方式會(huì)影響燃料動(dòng)力電池出現(xiàn)的能量，以及電池充放電速度。

然而，由于微米級(jí)的孔非常小，因此很難在足夠高的分辨率下研究其特定的形狀和大小，從而將其與電池的整體性能聯(lián)系起來(lái)。

日前，帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)幫助他們虛擬地探索這些孔洞，并運(yùn)行3D模擬來(lái)根據(jù)電池的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)電池的性能。

研究人員使用了一種名為“深度卷積生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)”（DC－GANs）的新型機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。該算法可以通過(guò)學(xué)習(xí)，然后生成基于納米尺度成像同步加速器（一種足球場(chǎng)大小的粒子加速器）的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的微觀結(jié)構(gòu)的三維圖像數(shù)據(jù)。

帝國(guó)理工學(xué)院地球科學(xué)與工程系的AndreaGayon－Lombardo是該研究的第一作者，他說(shuō)：“我們的技術(shù)幫助我們聚焦電池和電池，去看看什么特性會(huì)影響整體性能。開(kāi)發(fā)這樣的基于圖像的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)有望能夠找到同等規(guī)模分析圖像的新方法?！?/p>

當(dāng)運(yùn)行3D模擬來(lái)預(yù)測(cè)電池性能時(shí)，研究人員要足夠大的數(shù)據(jù)量才能在統(tǒng)計(jì)學(xué)上代表所有電池。目前很難以所需的分辨率獲得大量的微結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)。不過(guò)研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以通過(guò)訓(xùn)練代碼來(lái)生成具有相同屬性的更大的數(shù)據(jù)集，或者有意地生成模型所建議的能夠出現(xiàn)性能更好的電池的結(jié)構(gòu)。

帝國(guó)理工學(xué)院戴森設(shè)計(jì)工程學(xué)院的項(xiàng)目主管薩姆·庫(kù)珀博士說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)將幫助能源界的研究人員設(shè)計(jì)和制造經(jīng)過(guò)優(yōu)化的電極，以提高電池的性能。關(guān)于儲(chǔ)能和機(jī)器學(xué)習(xí)行業(yè)人士來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)令人興奮的時(shí)刻，因此我們很高興探索這兩個(gè)學(xué)科的接口?！?/p>