Ricerca sulle batterie: avvio del primo laboratorio completamente automatizzato

Il professor Helge Stein spiega alla ministra Theresia Bauer una parte della nuova piattaforma di accelerazione dei materiali. (Foto: Daniel Messling, KIT)

Inizio del nuovo impianto high-tech: Professor Michael Weber, Presidente dell'Università di Ulm, Professor Maximilian Fichtner, Professor Joachim Ankerhold, Vicepresidente dell'Università di Ulm, Ministra Theresia Bauer, Professor Oliver Kraft, Vicepresidente del KIT per la ricerca, nonché il Professore a percorso di tenure Helge Stein. (da sinistra a destra; foto: Daniel Messling, KIT)

Costruire batterie 24 ore su 24, analizzare migliaia di superfici di confine, valutare autonomamente i risultati con l'aiuto dell'Intelligenza Artificiale (IA) e pianificare immediatamente il prossimo esperimento: un nuovo impianto presso il cluster di eccellenza POLiS automatizza e digitalizza completamente lo sviluppo dei materiali. Il laboratorio di ricerca autonomo è stato realizzato in collaborazione tra l'Istituto di Tecnologia di Karlsruhe (KIT), l'Università di Ulm e l'Istituto Helmholtz di Ulm (HIU) ed è ora operativo. Alla cerimonia di inaugurazione era presente la ministra dell'Università, della Ricerca e dell'Arte del Baden-Württemberg, Theresia Bauer.

Per la transizione nei settori dei trasporti e dell'energia sono necessarie batterie innovative, ad alte prestazioni e sostenibili. Questa rappresenta una grande sfida, poiché dal concetto al prodotto finito ci vogliono decenni con le metodologie attuali. Con un impianto di alta tecnologia appena completato presso POLiS, in futuro sarà possibile accelerare notevolmente questo processo. Il progetto di punta è stato sviluppato nel cluster di eccellenza POLiS, in cui il KIT collabora con l'Università di Ulm per lavorare sulle batterie del futuro. "Con il finanziamento di questa nuova piattaforma di sviluppo dei materiali, è stata creata un'infrastruttura di ricerca unica al mondo. Speriamo di dare un impulso significativo alla ricerca sui sistemi di accumulo energetico, essenziali per la transizione del nostro sistema energetico e della nostra mobilità. Allo stesso tempo, grazie al finanziamento, abbiamo potuto coinvolgere il professor Helge Stein come mente creativa e dinamica nel nostro team di Ulm", afferma Theresia Bauer, ministra per la Scienza, la Ricerca e l'Arte del Baden-Württemberg, che ha visitato POLiS e HIU in occasione dell'inaugurazione.

Prima piattaforma al mondo completamente integrata per la ricerca accelerata sull'accumulo di energia elettrochimica

Helge Stein, professore a contratto presso il KIT e responsabile del settore di ricerca di POLiS, spiega i vantaggi dell'impianto: "Ora siamo in grado di sintetizzare e assemblare automaticamente batterie e i loro singoli componenti, avviare misurazioni e valutarle in modo completamente automatizzato. Basandoci sui dati raccolti, l'IA può anche decidere quale esperimento eseguire successivamente." Con il suo gruppo di ricerca, Stein ha sviluppato la sintesi combinatoria dei materiali sottostante, la caratterizzazione ad alto rendimento e le tecniche di data mining utilizzando metodi di IA per l'analisi e la pianificazione degli esperimenti. L'impianto, chiamato PLACES/R (Platform for Accelerated Electrochemical Energy Storage Research), rappresenta la prima piattaforma al mondo completamente integrata per la ricerca accelerata sull'accumulo di energia elettrochimica.

Nuovo paradigma nello sviluppo dei materiali per batterie

La ricerca sulle batterie è caratterizzata dalla ricerca della combinazione ideale di materiali, composizione e tecniche di lavorazione. Testare tutte le possibili variazioni con tutti i materiali richiederebbe, con i metodi tradizionali, millenni. "La nostra impianto può testare diverse centinaia di variazioni al giorno. Questo equivale circa alla durata della vita media di un ricercatore", afferma Stein. Oltre ad accelerare grazie all'automazione, gli algoritmi e l'IA consentono di ottenere un'ottimizzazione fino a dieci volte più rapida, portando i concetti di batteria promettenti sul mercato ancora più rapidamente e a costi inferiori.

Il nuovo impianto di ricerca è inserito in un quadro europeo: i dati raccolti in tutte le fasi del ciclo di sviluppo delle batterie vengono condivisi con 34 istituzioni di 15 paesi nel progetto BIG-MAP dell'iniziativa europea di ricerca BATTERY2030+. "Il laboratorio completamente automatizzato ci permetterà, insieme ai nostri partner europei, di sviluppare componenti per nuove batterie molto più rapidamente. Garantirà anche che le batterie possano essere prodotte a costi così bassi che in futuro sarà ancora più attraente immagazzinare energia, ad esempio dal sole e dal vento, nelle batterie", afferma il professor Maximilian Fichtner, direttore generale dell'HIU e portavoce di POLiS.