Despite the widespread applications of machine learning force field (MLFF) on solids and small molecules, there is a notable gap in applying MLFF to complex liquid electrolytes. In this work, we introduce BAMBOO (ByteDance AI Molecular Simulation Booster), a novel framework for molecular dynamics (MD) simulations, with a demonstration of its capabilities in the context of liquid electrolytes for lithium batteries. We design a physics-inspired graph equivariant transformer architecture as the backbone of BAMBOO to learn from quantum mechanical simulations. Additionally, we pioneer an ensemble knowledge distillation approach and apply it on MLFFs to improve the stability of MD simulations. Finally, we propose the density alignment algorithm to align BAMBOO with experimental measurements. BAMBOO demonstrates state-of-the-art accuracy in predicting key electrolyte properties such as density, viscosity, and ionic conductivity across various solvents and salt combinations. Our current model, trained on more than 15 chemical species, achieves the average density error of 0.01 g/cm$^3$ on various compositions compared with experimental data. Moreover, our model demonstrates transferability to molecules not included in the quantum mechanical dataset. We envision this work as paving the way to a "universal MLFF" capable of simulating properties of common organic liquids.


翻译:尽管机器学习力场(MLFF)在固体和小分子上得到了广泛应用,但在复杂液态电解质中的应用仍存在显著空白。本文提出了 BAMBOO(字节跳动AI分子模拟助推器),一种用于分子动力学(MD)模拟的新型框架,并以锂离子电池液态电解质为例展示了其能力。我们设计了一种受物理学启发的图等变Transformer架构作为BAMBOO的核心,以从量子力学模拟中进行学习。此外,我们开创性地采用集成知识蒸馏方法,将其应用于MLFF以提高MD模拟的稳定性。最后,我们提出了密度对齐算法,使BAMBOO与实验测量结果保持一致。在预测不同溶剂和盐组合的关键电解质特性(如密度、粘度、离子电导率)方面,BAMBOO展现了最先进的精度。我们当前基于超过15种化学物质训练的模型,在多种成分上与实验数据相比,平均密度误差达到0.01 g/cm³。此外,该模型展现了向量子力学数据集中未包含的分子的迁移能力。我们设想这项工作将为实现能够模拟常见有机液体性质的"通用MLFF"铺平道路。

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