Neues EU-Projekt soll Batterieentwicklung revolutionieren
Das EU-Projekt BIG-MAP (Battery Interface Genome - Materials Acceleration Platform) soll die Geschwindigkeit, mit der neue Batterietypen entwickelt werden können, erheblich beschleunigen und das mit einem besonderen Fokus auf Nachhaltigkeit. Über die Forschungsplattform CELEST sind das KIT und die Universität Ulm mit ihrem gemeinsamen Helmholtz-Institut Ulm (HIU) beteiligt. Gleichzeitig verstärkt das Projekt die Forschungsaktivitäten von POLiS.
Batterien spielen beim Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, insbesondere im Verkehrssektor, eine entscheidende Rolle. Um die von der EU und Deutschland gesteckten Klimaschutzziele bis 2050 zu erreichen, benötigen wir kostengünstigere und nachhaltigere Alternativen zu den bestehenden Batterien. Dies stellt eine große Herausforderung dar, denn die Entwicklung neuer Batterien dauert mit derzeitigen Methoden recht lange. BIG-MAP zielt darauf ab, die Geschwindigkeit der Batterieentwicklung zu beschleunigen, indem die Art und Weise, wie Batterien erfunden werden, verändert wird, sodass künftige nachhaltige und ultrahochleistungsfähige Batterien zehnmal schneller entwickelt werden können als heute.
Das Budget für das Projekt beläuft sich auf 16 Millionen Euro, das auf 34 Institutionen aus 15 Ländern aufgeteilt wird. Das KIT ist mit seinen drei Professoren Maximilian Fichtner, Wolfgang Wenzel und Helge Stein nach der koordinierenden Technical University of Denmark (DTU) größter Fördersummenempfänger. BIG-MAP ist das größte Einzelforschungsprojekt der groß angelegten europäischen Forschungsinitiative für Batterien, BATTERY2030+. Das Projekt wird zunächst über die nächsten drei Jahre laufen, mit der Option auf eine Verlängerung um weitere sieben Jahre.
„Bei BATTERY 2030+ und BIG-MAP müssen wir die Art und Weise, wie wir Batterien erfinden, neu erfinden. Im vergangenen Jahr ging der Nobelpreis für Chemie an die Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie. Eine fantastische Erfindung, aber es dauerte 20 Jahre von der Idee bis zum Produkt - wir müssen in der Lage sein, es in einem Zehntel dieser Zeit zu schaffen, wenn wir nachhaltige Batterien für die Energiewende bereitstellen wollen", sagt Tejs Vegge, Professor an der DTU und Leiter von BIG-MAP.
„Die Vision besteht nicht nur darin, neue Batterien viel schneller entwickeln zu können, sondern auch sicherzustellen, dass sie Energie effizient speichern können, nachhaltig und zu so niedrigen Kosten hergestellt werden können, dass es in Zukunft noch attraktiver sein wird, Strom z.B. aus Sonne und Wind in Batterien zu speichern“, sagt Maximilian Fichtner, wissenschaftlicher Sprecher von CELEST und POLiS sowie stellvertretender Direktor am HIU. „Eine Neuausrichtung der bestehenden Entdeckungs-, Entwicklungs- und Herstellungsprozesse für Batteriematerialien und -technologien ist notwendig, damit Europa es mit seinen Hauptkonkurrenten in den USA und Asien aufnehmen kann.“
Ziel von BIG-MAP ist unter anderem, eine gemeinsame europäische Dateninfrastruktur und kooperative Arbeitsabläufe zu entwickeln, die in der Lage sind, Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus autonom zu erfassen, zu verarbeiten und zu nutzen. Die für die beschleunigte Materialentdeckung benötigte künstliche Intelligenz (KI) wird durch die Gruppe von Helge Stein federführend entwickelt und über den europäischen Kontinent verteilt. Von KI orchestrierte Experimente und Synthese werden große Mengen erfasster Daten mit Fokus auf Batteriematerialien, Schnittstellen und Zwischenphasen nutzen. Die Daten werden aus Computersimulationen, autonomer Hochdurchsatz-Materialsynthese und -charakterisierung, in Operando-Experimenten und Tests auf Geräteebene generiert. Neuartigen KI-basierten Werkzeugen und Modellen werden die Daten dazu dienen, das Zusammenspiel zwischen Batterie-Materialien und Grenzflächen zu "erlernen" und so die Grundlage für die Verbesserung zukünftiger Batteriematerialien, Grenzflächen und Zellen zu schaffen.
„Wir werden in der Lage sein, den komplexen chemischen Raum mithilfe von autonom agierenden Robotern in nie dagewesener Geschwindigkeit und Qualität zu erkunden. Unser Verständnis wird hierbei durch eine zentrale Künstliche Intelligenz unterstützt“, erläutert Helge Stein, Juniorprofessor am HIU und Sprecher einer Research Unit bei POLiS.
BIG-MAP-Forscher*innen müssen über Landesgrenzen hinweg zusammenarbeiten und dabei Labore nutzen, die über große Entfernungen und Zeitzonen verteilt sind. Unter diesen Umständen wäre die Koordination von Tests und die Verteilung von Daten und Materialien mit herkömmlichen Methoden sehr kompliziert. Um BIG-MAP herum wird eine vollkommen neue Infrastruktur errichtet, die den Austausch von Daten unmittelbar nach der Erhebung ermöglicht. Ein physischer Zugang zu den Testeinrichtungen wird auf diese Weise kaum noch notwendig sein.
Mehr Informationen: www.battery2030.eu, www.big-map.eu