中國儲能網(wǎng)訊：近期，美國能源部發(fā)布《能源領(lǐng)域AI前沿研究方向》報告，該報告主要關(guān)注了五個對美國未來能源至關(guān)重要的領(lǐng)域，并強(qiáng)調(diào)了人工智能（AI）在塑造世界方面可以發(fā)揮的關(guān)鍵作用。報告強(qiáng)調(diào)了成為人工智能領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者的緊迫性和重要性，以確保為全球能源需求提供有影響力的解決方案。
這些關(guān)鍵領(lǐng)域包括核電、電網(wǎng)、碳管理、能源儲存和能源材料等。整合這些領(lǐng)域并與AI科技領(lǐng)域相互補充，具有重要意義。然而，這一過程中存在復(fù)雜性、大工作量、實時決策需求、系統(tǒng)穩(wěn)健性和安全隱患等挑戰(zhàn)。該報告涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)手段難以解決。AI的優(yōu)勢在于能同時處理多個系統(tǒng)特征，深度整合實際數(shù)據(jù)與專業(yè)模型。鑒于問題規(guī)模和復(fù)雜性，傳統(tǒng)方法難以勝任，AI為解決問題提供了新可能。
報告指出為了實現(xiàn)對能源的高效生成、存儲與利用，材料科學(xué)的快速發(fā)展已成為一項刻不容緩的任務(wù)。其中涵蓋了對儲能材料、光伏技術(shù)、熱電材料、催化劑以及先進(jìn)合金等領(lǐng)域的深入研究。這些材料對于美國實現(xiàn)清潔能源、經(jīng)濟(jì)增長及能源公平等多重目標(biāo)具有舉足輕重的地位，旨在有效降低對非再生資源的依賴，并顯著減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。
報告強(qiáng)調(diào)為實現(xiàn)美國在2050年的可持續(xù)性與清潔能源目標(biāo)，必須迅速發(fā)現(xiàn)并設(shè)計符合特定屬性和性能要求的能源材料，進(jìn)而高效生產(chǎn)并驗證其性能。這一過程要求探索廣泛的參數(shù)空間，超越手動探索的限制，同時開發(fā)成本效益高、可持續(xù)的生產(chǎn)方法，解決耐久性與生命周期管理的難題。AI顯著推動了能源材料研究，加速了材料的發(fā)現(xiàn)和設(shè)計過程，提高了實驗室自動化水平以實現(xiàn)更快速的合成和測試，并助力向工業(yè)級應(yīng)用過渡。AI在推進(jìn)能源材料研究中發(fā)揮著多方面的作用，包括加快新能源材料的設(shè)計和發(fā)現(xiàn)；推動實驗室自動化以加速合成、迭代測試和優(yōu)化；彌合從實驗室規(guī)模研究到認(rèn)證的工業(yè)規(guī)模使用之間的差距。AI最新進(jìn)展具備潛力徹底改變和加快能源材料的發(fā)現(xiàn)與生產(chǎn)流程。將焦點放在其應(yīng)用上時，能源材料最迫切的需求可概括為三個主要領(lǐng)域：
（1）能源的生成、收集及轉(zhuǎn)換：開發(fā)能提升從可再生資源與核能產(chǎn)生能源的效率與成本效益的材料是優(yōu)先考慮的事項。這一目標(biāo)涉及改善太陽能技術(shù)以便更有效地捕獲和轉(zhuǎn)換日光，推進(jìn)適應(yīng)極端環(huán)境的材質(zhì)和燃料，從而實現(xiàn)更安全、高效的核反應(yīng)堆運作；創(chuàng)新用于氫氣生產(chǎn)的材料；以及研發(fā)熱電材料，把廢熱轉(zhuǎn)換成電力。
（2）能源存儲與效率：同樣需要開展能夠更有效率地儲存和轉(zhuǎn)換能源的材質(zhì)設(shè)計。這一追求包含了針對先進(jìn)電池和超級電容器的新材料——這些新材料能提供增強(qiáng)的能源儲存能力，同時也涵蓋了燃料電池技術(shù)的改進(jìn)和高效的氫氣儲存方案。此外，還需要那些有助于降低整體系統(tǒng)能源消耗的材質(zhì)，例如對節(jié)能建筑至關(guān)重要的改良隔離材料。同樣地，輕質(zhì)材料也是必需的以便實現(xiàn)交通領(lǐng)域中的能源保存與效率提升。
（3）環(huán)境的可持續(xù)性與可伸縮性：另一項關(guān)鍵的倡議包括減少能源使用和生產(chǎn)中的環(huán)境影響。這需要開發(fā)用于碳捕獲與利用的新型材料——通過降低大氣中的二氧化碳水平來幫助緩解氣候變化的問題。它也包含新的催化劑發(fā)現(xiàn)，以提升與能源相關(guān)的化學(xué)轉(zhuǎn)換過程的效率，例如生物燃料的生產(chǎn)。所有未來的能源材料都需被設(shè)計成可持久且可伸縮的，以便于廣泛應(yīng)用與大規(guī)模制造。
為充分滿足上述需求，科學(xué)界必須全力以赴，聚焦于推動全新科學(xué)與技術(shù)進(jìn)展，旨在加速材料發(fā)現(xiàn)的進(jìn)程，進(jìn)而確認(rèn)新型材料結(jié)構(gòu)與成分，以滿足能源相關(guān)應(yīng)用功能需求的多樣性。通過不斷優(yōu)化預(yù)測性材料設(shè)計，加快原型開發(fā)速度，并高效探索廣泛的化學(xué)變化，從而超越傳統(tǒng)的愛迪生式試錯方法。此外，構(gòu)建從實驗室試驗到工業(yè)生產(chǎn)之間的順暢橋梁也勢在必行，以確保新材料的快速部署和廣泛應(yīng)用。
在本報告中，反復(fù)出現(xiàn)的幾個主題包括：需要快速且準(zhǔn)確的計算機(jī)輔助設(shè)計與測試，涉及材料、化學(xué)和存儲系統(tǒng)；需要改進(jìn)預(yù)測不確定性和系統(tǒng)性能的量化方法；需要使用人工智能整合多模態(tài)數(shù)據(jù)，以促進(jìn)科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，同時也為行業(yè)政策設(shè)計、能源和環(huán)境公正提供支持。
