Akkumulátor-kutatás: Indul az első teljesen automatikus laboratórium

Professor Helge Stein magyarázza Theresia Bauer miniszternek az új anyaggyorsító platform egy részét. (Fotó: Daniel Messling, KIT)

Új high-tech létesítmény kezdete: Dr. Michael Weber, az Ulmi Egyetem elnöke, Professzor Maximilian Fichtner, Professzor Joachim Ankerhold, az Ulmi Egyetem alelnöke, Theresia Bauer miniszter, Oliver Kraft professzor, a KIT kutatásért felelős alelnöke, valamint Tenure-Track professzor Helge Stein. (balról jobbra; fotó: Daniel Messling, KIT)

Éjjel-nappal akkumulátorokat építeni, ezreket határfelületeket analizálni, az eredményeket mesterséges intelligencia (MI) segítségével autonóm módon értékelni, majd azonnal a következő kísérletet tervezni: egy új berendezés a POLiS kiválósági központban teljesen automatikusan és digitálisan végzi az anyagfejlesztést. Az autonóm kutatólaboratórium egy együttműködés eredményeként jött létre a Karlsruhei Műszaki Intézet (KIT), az Ulmi Egyetem és a Helmholtz Intézet Ulm (HIU) közösen, és most üzembe helyezték. A beindításnál részt vett Baden-Württemberg tudományminisztere, Theresia Bauer.

A közlekedés és az energiaátállás érdekében új, magas teljesítményű és fenntartható akkumulátorokra van szükség. Ez nagy kihívást jelent, mivel a jelenlegi módszerekkel az ötlettől a kész termékig tartó idő évtizedekben mérhető. A POLiS-ben most elkészült csúcstechnológiás berendezéssel ez a folyamat sokkal gyorsabb lehet a jövőben. A kiemelkedő projektet a POLiS kiválósági központban fejlesztették ki, ahol a KIT és az Ulmi Egyetem közösen dolgozik a jövő akkumulátorain. „Ezzel az új anyagfejlesztési platform támogatásával egy világszinten egyedülálló kutatási infrastruktúra jött létre. Reméljük, ez jelentős lendületet ad a energiatárolási kutatásoknak, amelyek elengedhetetlenek az energiarendszerünk és mobilitásunk átállásához. Emellett sikerült a támogatással Professzor Helge Steint is bevonni csapatunkba Ulmben, aki kreatív és dinamikus szakember” – mondta Theresia Bauer, Baden-Württemberg tudomány-, kutatás- és művészeti minisztere, aki a POLiS-t és a HIU-t a start alkalmából meglátogatta.

Világszinten első teljesen integrált platform az elektromos energiatárolás kutatásának felgyorsítására

Helge Stein, a KIT tenure-track professzora és a POLiS kutatási területének vezetője ismerteti az berendezés előnyeit: „Most már képesek vagyunk automatizált módon szintetizálni és összeszerelni az akkumulátorokat és azok alkotóelemeit, mérni az eredményeket, és ezeket teljesen automatikusan értékelni. Az adatok alapján az MI-vel támogatott berendezés akár dönthet is arról, hogy a következő kísérlet melyik legyen.” Kutatócsoportjával Stein kifejlesztette az alapul szolgáló kombinatorikus anyag-szintézist, a nagy átviteli sebességű jellemzést, valamint az adatbányászati technikákat, melyeket MI módszerek segítenek a kísérletek értékelésében és tervezésében. A PLACES/R (Platform for Accelerated Electrochemical Energy Storage Research) nevű berendezés a világ első teljesen integrált platformja az elektromos energiatárolás kutatásának felgyorsítására.

Új paradigma az akkumulátormaterialok fejlesztésében

Az akkumulátor-kutatás a tökéletes anyagösszetétel és technológiai módszerek keresésével jellemezhető. Minden lehetséges variáció tesztelése az összes anyaggal azonban a hagyományos módszerekkel évezredeket venne igénybe. „Berendezésünk naponta több száz ilyen variációt képes tesztelni. Ez nagyjából megegyezik egy kutató életművével” – mondta Stein. Az automatizálás gyorsítása mellett az MI-algoritmusok segítségével akár tízszeres gyorsaságú optimalizálás is elérhető, így a jövőben még gyorsabban és olcsóbban juthatunk a piaci bevezetéshez ígéretes akkumulátorkoncepciókhoz.

Az új kutatási berendezés egy európai keretbe illeszkedik: az összes akkumulátorkutatási ciklus adatát 34 intézmény osztja meg 15 országban a BIG-MAP projektben, az európai BATTERY2030+ kutatási kezdeményezés részeként. „A teljesen automatizált labor nemcsak lehetővé teszi számunkra és európai partnereink számára, hogy sokkal gyorsabban fejlesszünk ki alkatrészeket új akkumulátorokhoz, hanem azt is biztosítja, hogy az akkumulátorokat olyan alacsony költségen tudjuk gyártani, hogy a jövőben még vonzóbb lesz az energia, például a nap- és szélenergia tárolása akkumulátorokban” – mondta Maximilian Fichtner professzor, a HIU ügyvezető igazgatója és a POLiS szóvivője.