Badania nad bateriami: Rozpoczęcie pierwszego w pełni automatycznego laboratorium

Profesor Helge Stein wyjaśnia minister Theresia Bauer część nowej platformy przyspieszania materiałów. (Zdjęcie: Daniel Messling, KIT)

Rozpoczęcie nowego zakładu high-tech: profesor Michael Weber, rektor Uniwersytetu Ulm, profesor Maximilian Fichtner, profesor Joachim Ankerhold, wiceprezydent Uniwersytetu Ulm, minister Theresia Bauer, profesor Oliver Kraft, wiceprezydent KIT ds. badań, oraz profesor na ścieżce zatrudnienia Helge Stein. (od lewej do prawej; zdjęcie: Daniel Messling, KIT)

Przygotowywanie baterii przez całą dobę, analizowanie tysięcy granic powierzchni, autonomiczna ocena wyników za pomocą sztucznej inteligencji (SI) i natychmiastowe planowanie kolejnego eksperymentu: nowa instalacja w ramach klastru doskonałości POLiS realizuje rozwój materiałów w pełni automatycznie i cyfrowo. Autonomiczne laboratorium badawcze powstało we współpracy Instytutu Technologii Karlsruhe (KIT), Uniwersytetu Ulm oraz Helmholtz-Institutu Ulm (HIU) i właśnie rozpoczęło działalność. Podczas inauguracji obecna była minister nauki Badenii-Wirtembergii Theresia Bauer.

Do transformacji w zakresie transportu i energii potrzebne są nowatorskie, wysokowydajne i zrównoważone baterie. Stanowi to duże wyzwanie, ponieważ od pomysłu do gotowego produktu mija dziesięciolecia przy obecnych metodach. Dzięki nowo ukończonej zaawansowanej technologicznie instalacji w POLiS, w przyszłości będzie to znacznie szybsze. Projekt flagowy w ramach klastra doskonałości POLiS, w którym KIT wspólnie z Uniwersytetem Ulm pracuje nad bateriami przyszłości, został opracowany jako przykład innowacyjności. „Dzięki finansowaniu tej nowej platformy rozwoju materiałów powstała unikalna na skalę światową infrastruktura badawcza. Liczymy na znaczący impuls dla badań nad magazynami energii, które są niezbędne przy transformacji naszego systemu energetycznego i mobilności. Jednocześnie udało nam się dzięki wsparciu pozyskać profesora Helge Steina, kreatywnego i energicznego lidera naszego zespołu w Ulm,” mówi Theresia Bauer, minister nauki, badań i sztuki Badenii-Wirtembergii, która odwiedziła POLiS i HIU z okazji inauguracji.

Pierwsza na świecie w pełni zintegrowana platforma do przyspieszonych badań nad elektrochemicznym magazynowaniem energii

Helge Stein, profesor na KIT i kierownik działu badawczego POLiS, wyjaśnia zalety instalacji: „Teraz jesteśmy w stanie zautomatyzować syntezę i montaż baterii oraz ich pojedynczych komponentów, przeprowadzić pomiar i automatycznie ocenić wyniki. Na podstawie danych SI-sterowana instalacja może nawet zdecydować, które eksperymenty przeprowadzić jako następne.” W swojej grupie badawczej Stein opracował podstawową metodę kombinatorycznej syntezy materiałów, wysokoprzepustową charakterystykę oraz techniki eksploracji danych z wykorzystaniem metod SI w analizie i planowaniu eksperymentów. Instalacja o nazwie PLACES/R (Platforma do przyspieszonego badania elektrochemicznego magazynowania energii) stanowi pierwszą na świecie w pełni zintegrowaną platformę do przyspieszonych badań nad elektrochemicznym magazynowaniem energii.

Nowy paradygmat w rozwoju materiałów do baterii

Badania nad bateriami są zdominowane przez poszukiwania idealnej kombinacji materiałów, ich składników i technik produkcji. Testowanie wszystkich możliwych wariantów z użyciem wszystkich materiałów zajęłoby jednak przy tradycyjnych metodach tysiące lat. „Nasza instalacja może testować setki takich wariantów dziennie. To odpowiada mniej więcej średniemu dorobkowi naukowca w ciągu całego życia,” mówi Stein. Oprócz przyspieszenia dzięki automatyzacji, za pomocą algorytmów i SI można osiągnąć jeszcze dziesięciokrotnie szybszą optymalizację, co pozwala na jeszcze szybsze i tańsze wprowadzenie obiecujących koncepcji baterii na rynek.

Nowa instalacja badawcza jest osadzona w europejskim kontekście: dane z całego cyklu rozwoju baterii są udostępniane 34 instytucjom z 15 krajów w ramach projektu BIG-MAP europejskiej inicjatywy badawczej BATTERY2030+. „W pełni zautomatyzowane laboratorium nie tylko pozwoli nam i naszym europejskim partnerom szybciej rozwijać komponenty do nowych baterii, ale także zapewni, że będą one produkowane przy tak niskich kosztach, że w przyszłości jeszcze bardziej opłacalne będzie magazynowanie energii, na przykład z promieniowania słonecznego i wiatru,” mówi profesor Maximilian Fichtner, dyrektor naczelny HIU i rzecznik POLiS.