Recherche sur les batteries : lancement du premier laboratoire entièrement automatisé

La professeure Helge Stein explique à la ministre Theresia Bauer une partie de la nouvelle plateforme d'accélération des matériaux. (Photo : Daniel Messling, KIT)

Démarrage de la nouvelle installation high-tech : le professeur Michael Weber, président de l'Université d'Ulm, le professeur Maximilian Fichtner, le professeur Joachim Ankerhold, vice-président de l'Université d'Ulm, la ministre Theresia Bauer, le professeur Oliver Kraft, vice-président du KIT pour la recherche, ainsi que le professeur en tenure-track Helge Stein. (de gauche à droite ; photo : Daniel Messling, KIT)

Construire des batteries 24h/24, analyser des milliers de interfaces, évaluer les résultats de manière autonome à l’aide de l’intelligence artificielle (IA) et planifier immédiatement la prochaine expérience : une nouvelle installation au sein du cluster d’excellence POLiS réalise le développement de matériaux de manière entièrement automatique et numérique. Le laboratoire de recherche autonome a été créé en coopération avec l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), l’Université d’Ulm ainsi que l’Institut Helmholtz d’Ulm (HIU) et est désormais en service. Lors du lancement, la ministre de la Science du Bade-Wurtemberg, Theresia Bauer, était présente.

Pour la transition dans les domaines des transports et de l’énergie, des batteries innovantes, performantes et durables sont nécessaires. Cela représente un grand défi, car de l’idée au produit fini, il faut souvent plusieurs décennies avec les méthodes actuelles. Avec une nouvelle installation de haute technologie récemment achevée à POLiS, cela devrait devenir beaucoup plus rapide à l’avenir. Ce projet phare a été développé dans le cadre du cluster d’excellence POLiS, où le KIT travaille avec l’Université d’Ulm sur les batteries du futur. « Avec le financement de cette nouvelle plateforme de développement de matériaux, une infrastructure de recherche unique au monde a été créée. Nous espérons un coup de pouce significatif pour la recherche sur les systèmes de stockage d’énergie, indispensables à la transition de notre système énergétique et de notre mobilité. En même temps, grâce à ce financement, nous avons pu attirer le professeur Helge Stein comme un esprit créatif et dynamique dans notre équipe à Ulm », déclare Theresia Bauer, ministre de la Science, de la Recherche et de l’Art du Bade-Wurtemberg, qui a visité POLiS et le HIU à l’occasion du lancement.

Première plateforme entièrement intégrée au monde pour la recherche accélérée sur le stockage d’énergie électrochimique

Helge Stein, professeur en tenure-track au KIT et responsable du domaine de recherche POLiS, explique les avantages de l’installation : « Nous sommes désormais capables de synthétiser et d’assembler automatiquement des batteries et leurs composants individuels, de lancer des mesures et de les analyser entièrement de manière automatisée. Sur la base des données, l’installation contrôlée par l’IA peut même décider quelle expérience réaliser ensuite. » Avec son groupe de recherche, Stein a développé la synthèse combinatoire de matériaux sous-jacente, la caractérisation à haut débit ainsi que les techniques de data mining en utilisant des méthodes d’IA pour l’évaluation et la planification des essais. L’installation, nommée PLACES/R (Plateforme pour la recherche accélérée sur le stockage d’énergie électrochimique), représente la première plateforme entièrement intégrée au monde pour la recherche accélérée sur le stockage d’énergie électrochimique.

Nouveau paradigme pour le développement de matériaux de batteries

La recherche sur les batteries est marquée par la quête de la combinaison idéale de matériaux, de leur composition et des techniques de procédé. Tester toutes les variations possibles avec tous les matériaux prendrait des millénaires avec les méthodes classiques. « Notre installation peut tester plusieurs centaines de ces variations par jour. Cela correspond à peu près à la durée de vie moyenne d’un chercheur », explique Stein. En plus d’accélérer grâce à l’automatisation, les algorithmes et l’IA permettent une optimisation encore dix fois plus rapide, ce qui permet de mettre sur le marché des concepts de batteries prometteurs encore plus rapidement et à moindre coût.

La nouvelle installation de recherche s’inscrit dans un cadre européen : les données recueillies dans tous les domaines du cycle de développement des batteries sont partagées avec 34 institutions de 15 pays dans le cadre du projet BIG-MAP de l’initiative européenne de recherche BATTERY2030+. « Le laboratoire entièrement automatisé ne nous permettra pas seulement, à nous et à nos partenaires européens, de développer beaucoup plus rapidement des composants pour de nouvelles batteries. Il garantira également que les batteries puissent être fabriquées à des coûts si faibles qu’il deviendra encore plus attrayant, à l’avenir, de stocker de l’électricité, par exemple, à partir du soleil et du vent », déclare le professeur Maximilian Fichtner, directeur général du HIU et porte-parole de POLiS.