Výzkum baterií: Zahájení prvního plně automatického laboratoře

Profesor Helge Stein vysvětluje ministryni Theresii Bauerové část nové platformy pro urychlení materiálů. (Foto: Daniel Messling, KIT)

Zahájení nové high-tech zařízení: profesor Michael Weber, prezident Univerzity Ulm, profesor Maximilian Fichtner, profesor Joachim Ankerhold, viceprezident Univerzity Ulm, ministryně Theresia Bauer, profesor Oliver Kraft, viceprezident KIT pro výzkum, stejně jako profesor na dobu určitou Helge Stein. (zleva doprava; foto: Daniel Messling, KIT)

Celodenní stavba baterií, analýza tisíců rozhraní, autonomní vyhodnocování výsledků pomocí umělé inteligence (AI) a okamžité plánování dalšího experimentu: Nový systém v rámci excelentního výzkumného centra POLiS plně automaticky a digitálně řeší vývoj materiálů. Autonomní výzkumná laboratoř vznikla ve spolupráci Karlsruher Institutu für Technologie (KIT), Univerzity Ulm a Helmholtz-Institutu Ulm (HIU) a nyní je v provozu. Při zahájení byl přítomen ministryně vědy, výzkumu a umění Bádenska-Württemberska Theresia Bauer.

Pro dopravní a energetickou transformaci jsou potřeba nové výkonné a udržitelné baterie. To představuje velkou výzvu, protože od nápadu po hotový produkt trvá současnými metodami desetiletí. S nyní dokončeným high-tech systémem v POLiS má být tento proces v budoucnu mnohem rychlejší. Tento majákový projekt byl vyvinut v rámci excelentního výzkumného centra POLiS, ve kterém KIT společně s Univerzitou Ulm pracuje na bateriích budoucnosti. „S podporou této nové platformy pro vývoj materiálů vznikla jedinečná výzkumná infrastruktura na celosvětové úrovni. Doufáme, že to výrazně posílí výzkum v oblasti energetických uložišť, které jsou nezbytné při přechodu našeho energetického systému a mobility. Současně jsme díky této podpoře získali profesora Helgeho Steina jako kreativního a energického člena našeho týmu v Ulmu,“ říká Theresia Bauer, ministryně vědy, výzkumu a umění Bádenska-Württemberska, která při příležitosti spuštění navštívila POLiS a HIU.

První na světě plně integrovaná platforma pro urychlený výzkum elektrochemického ukládání energie

Helge Stein, profesor s habilitací na KIT a mluvčí výzkumné oblasti POLiS, vysvětluje výhody systému: „Nyní jsme schopni automatizovaně syntetizovat a sestavovat baterie a jejich jednotlivé komponenty, spustit měření a tyto výsledky plně automatizovaně vyhodnotit. Na základě dat může AI řízený systém dokonce rozhodnout, který experiment bude proveden jako další.“ Se svou výzkumnou skupinou Stein vyvinul základní kombinatorickou syntézu materiálů, vysokovýkonnou charakterizaci a techniky data miningu s využitím metod AI při vyhodnocování a plánování pokusů. Systém s názvem PLACES/R (Platform for Accelerated Electrochemical Energy Storage Research) představuje první na světě plně integrovanou platformu pro urychlený výzkum elektrochemického ukládání energie.

Nový paradigmatický přístup k vývoji bateriových materiálů

Výzkum baterií je charakterizován hledáním ideální kombinace materiálů, jejich složení a technik výroby. Testování všech možných variací s použitím všech materiálů by však s tradičními metodami trvalo tisíciletí. „Naše zařízení dokáže za den otestovat několik stovek takových variací. To odpovídá přibližně průměrnému životnímu dílu vědce,“ říká Stein. Kromě zrychlení díky automatizaci lze pomocí algoritmů a AI dosáhnout ještě desetkrát rychlejší optimalizace, což umožní ještě rychlejší a levnější uvedení slibných bateriových konceptů na trh.

Nová výzkumná zařízení jsou začleněna do evropského rámce: shromážděná data ze všech oblastí cyklu vývoje baterií jsou sdílena s 34 institucemi z 15 zemí v projektu BIG-MAP evropské výzkumné iniciativy BATTERY2030+. „Plně automatizovaná laboratoř nám a našim evropským partnerům nejen umožní mnohem rychlejší vývoj komponentů pro nové baterie, ale také zajistí, že baterie budou vyráběny za tak nízké náklady, že bude v budoucnu ještě atraktivnější ukládat energii například ze slunce a větru do baterií,“ říká profesor Maximilian Fichtner, výkonný ředitel HIU a mluvčí POLiS.