锂离子电池通常用于电动汽车、小型电器和电子存储系统，是一种可充电且节能的电池。随着锂离子电池需求的上升，制造锂离子电池所需的钴、镍和锂等元素都处于供应短缺的状态。
Artie McFerrin化学工程系教授Jodie Lutkenhaus博士和德克萨斯农工大学化学系助理教授Daniel Tabor博士正在使用机器学习技术来优化开发无金属、可回收有机电池所需的聚合物。这项研究由美国国家科学基金会(NSF)资助，并与芝加哥大学的胡安·德·巴勃罗博士和斯图尔特·罗文博士合作。
随着锂离子电池短缺的临近，无金属电池提供了巨大的潜力。理论上，有机电池可以在当地采购，减少对供应链的需求。它们还提供了对环境无害的可能性。
卢特肯豪斯说:“大多数强大的锂离子电池都含有钴，而钴只来自全球少数几个地方，这加剧了全球供应链问题。”“科学家们正在努力寻找完全不含金属的替代电池化学物质，这意味着原则上，你可以在国内合成电池的材料。”
尽管前景广阔，但无金属聚合物电池的一个重大问题是寿命。它们储存能量的效率也是出了名的低，因为大多数聚合物都具有绝缘特性。出于这个原因，研究人员瞄准了能够储存电子的氧化还原活性聚合物。一旦储存起来，它们就能像含金属电池一样释放电子。
卢特肯豪斯说:“无金属电池离实际的商业应用还很远。”“我们的工作是发现新的聚合物，可能使这些电池在现实生活中使用。具体来说，我们正在确定能够提高电压和稳定性的聚合物，将其转化为更强大、更耐用的电池。”
聚合物是连接在一起的分子链。每个分子都有一组独特的特征。如果有100个具有100种不同功能的分子，那么就有无限种方法将它们连接起来，从而产生略有不同的聚合物。
“聚合物就像一连串的乐高积木，”塔博尔说。“每个不同形状的乐高都有不同的属性，但也可以与许多其他形状的乐高相连。让我们假设这个特定的乐高链的目标是制造一个耐用的结构。可能有几种方法来制作链条，但我们想要找到能提供最耐用性的乐高积木的确切组合。同样，我们也在努力寻找能制造最好电池的聚合物。”
为了寻找最节能的聚合物，研究人员将使用贝叶斯框架来筛选数千种分子组合，这些分子组合可以产生能够储存能量的聚合物链，从而创造更持久的有机电池。
Tabor说:“我们使用理论化学提前预测材料的性质，减少了在实验室测试每种组合的需要。”“这减少了选择的数量，并提供了可以提高业绩的基本见解。它是基于所有可用的知识来决定最佳选择。”
国家科学基金会的拨款也将帮助学生学习替代化学和机器学习技术。具体来说，它将帮助化学和化学工程领域的研究生和博士后研究人员。
卢特肯豪斯说:“我们想让下一代学生了解这个充满活力的领域。”“随着机器学习的普及，这些领域的未来专业人士需要精通数据科学，并能够参与计算和实验科学。”