Investigación de baterías: Inicio del primer laboratorio totalmente automatizado

La profesora Helge Stein explica a la ministra Theresia Bauer una parte de la nueva plataforma de aceleración de materiales. (Foto: Daniel Messling, KIT)

Inicio de la nueva planta de alta tecnología: el profesor Michael Weber, presidente de la Universidad de Ulm, el profesor Maximilian Fichtner, el profesor Joachim Ankerhold, vicepresidente de la Universidad de Ulm, la ministra Theresia Bauer, el profesor Oliver Kraft, vicepresidente del KIT para la investigación, así como el profesor en tenure-track Helge Stein. (de izquierda a derecha; foto: Daniel Messling, KIT)

Construcción de baterías las 24 horas, análisis de miles de interfaces, evaluación autónoma de los resultados mediante Inteligencia Artificial (IA) y planificación inmediata del próximo experimento: una nueva planta en el clúster de excelencia POLiS realiza el desarrollo de materiales de forma totalmente automática y digital. El laboratorio de investigación autónomo surgió en una colaboración entre el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), la Universidad de Ulm y el Instituto Helmholtz de Ulm (HIU), y ya está en funcionamiento. La ministra de Ciencia de Baden-Württemberg, Theresia Bauer, estuvo presente en la inauguración.

Para la transición en transporte y energía, se necesitan baterías innovadoras, de alto rendimiento y sostenibles. Esto representa un gran desafío, ya que desde la idea hasta el producto final, con los métodos actuales, se tardan décadas. Con una nueva planta de alta tecnología en POLiS, en el futuro será mucho más rápido. Este proyecto emblemático fue desarrollado en el clúster de excelencia POLiS, donde el KIT trabaja junto con la Universidad de Ulm en las baterías del futuro. “Con el apoyo a esta nueva plataforma de desarrollo de materiales, se ha creado una infraestructura de investigación única en el mundo. Esperamos un impulso significativo en la investigación de almacenamientos de energía, que son imprescindibles para la transición de nuestro sistema energético y movilidad. Al mismo tiempo, gracias a la financiación, pudimos atraer al profesor Helge Stein, una mente creativa y enérgica, a nuestro equipo en Ulm”, dice Theresia Bauer, ministra de Ciencia, Investigación y Arte de Baden-Württemberg, quien visitó POLiS y el HIU con motivo de la inauguración.

Primera plataforma totalmente integrada en el mundo para acelerar la investigación en almacenamiento de energía electroquímica

Helge Stein, profesor con contrato de duración determinada en el KIT y portavoz del área de investigación de POLiS, explica las ventajas de la planta: “Ahora somos capaces de sintetizar y ensamblar baterías y sus componentes individuales de forma automatizada, iniciar mediciones y evaluarlas completamente de manera automática. Basándose en los datos, la IA que controla la planta incluso puede decidir qué experimento realizar a continuación.” Con su grupo de investigación, Stein ha desarrollado la síntesis de materiales combinatoria subyacente, la caracterización de alto rendimiento y las técnicas de minería de datos, utilizando métodos de IA en la evaluación y planificación de experimentos. La planta, llamada PLACES/R (Plataforma para la Investigación Acelerada en Almacenamiento de Energía Electroquímica), representa la primera plataforma totalmente integrada en el mundo para acelerar la investigación en almacenamiento de energía electroquímica.

Nuevo paradigma para el desarrollo de materiales de baterías

La investigación en baterías está marcada por la búsqueda de la combinación ideal de materiales, su composición y técnicas de proceso. Probar todas las variaciones posibles con todos los materiales llevaría, con los métodos tradicionales, siglos. “Nuestra planta puede probar varias centenas de esas variaciones al día. Esto equivale aproximadamente a la vida laboral media de un investigador”, explica Stein. Además de la aceleración por automatización, mediante algoritmos y IA se puede lograr una optimización hasta diez veces más rápida, permitiendo que conceptos prometedores de baterías lleguen mucho más rápido y a menor coste a la fase de comercialización.

La nueva planta de investigación está integrada en un marco europeo: los datos recopilados en todas las fases del ciclo de desarrollo de baterías se comparten con 34 instituciones en 15 países en el proyecto BIG-MAP de la iniciativa europea BATTERY2030+. “El laboratorio totalmente automatizado no solo nos permitirá a nosotros y a nuestros socios europeos desarrollar componentes para nuevas baterías mucho más rápidamente. También garantizará que las baterías puedan fabricarse a costos tan bajos que en el futuro será aún más atractivo almacenar energía, por ejemplo, del sol y del viento, en ellas”, afirma el profesor Maximilian Fichtner, director gerente del HIU y portavoz de POLiS.