Start des Leuchtturmprojektes der Batterieforschung

Wissenschaftsministerin Theresia Bauer besucht weltweit einmaliges, volldigitalisiertes und vollautomatisiertes Labor zur beschleunigten Materialentwicklung

In einer Kooperation des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Ulm wird beim Exzellenzcluster POLiS und am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) ein radikal neues Paradigma zur Batteriematerial-Entwicklung verfolgt: die nun fertiggestellte Anlage wird in der finalen Ausbaustufe in der Lage sein, rund um die Uhr Batterien zu bauen, tausende Grenzflächen zu analysieren, mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI)  auszuwerten und neue Versuche zu planen. Dies soll die Erforschung neuer Batteriematerialien entscheidend beschleunigen.

Für die Verkehrs- und Energiewende werden neuartige leistungsfähige und nachhaltige Batterien benötigt. Dies stellt eine große Herausforderung dar, denn von der Idee bis zum fertigen Produkt dauert es mit gegenwärtigen Methoden Jahrzehnte. Das neue Leuchtturmprojekt wird wichtige Impulse zur Beschleunigung des Entwicklungsprozesses setzen. Wissenschaftsministerin Theresia Bauer sagt bei Ihrem Besuch von POLiS und des HIU anlässlich des Starts: „Mit der Förderung dieser neuen Materialentwicklungsplattform ist eine weltweit einmalige Forschungsinfrastruktur entstanden. Wir erhoffen uns einen deutlichen Schub für die Forschung an Energiespeichern, die bei der Umstellung unseres Energiesystems und unserer Mobilität unerlässlich sind. Zugleich konnten wir mit der Förderung Prof. Helge Stein als einen kreativen und umtriebigen Kopf für unser Team in Ulm gewinnen.“

„Wir sind nun in der Lage, Batterien und deren Einzelkomponenten automatisiert zu synthetisieren und zusammenzubauen, eine Messung anzustoßen und diese vollautomatisiert auszuwerten. Basierend auf der Datenlage kann die KI gestützte Anlage nun sogar entscheiden, welches Experiment als nächstes durchgeführt werden soll.“, erklärt Tenure-Track-Prof. Helge Stein (KIT), Forschungsbereichsprecher bei POLiS. Er hat mit seiner Gruppe die kombinatorische Materialsynthese, Hochdurchsatz-Charakterisierung sowie die Data-Mining-Techniken unter Zuhilfenahme von Methoden der KI in der Versuchsauswertung und -planung entwickelt. Die Anlage stellt die erste vollintegrierte Plattform zur beschleunigten Forschung zur elektrochemischen Energiespeicherung (Platform for Accelerated Electrochemical Energy Storage Research –PLACES/R) dar. Batterieforschung ist geprägt von der Suche nach der idealen Kombination aus Materialien, deren Zusammensetzung und Verfahrenstechniken. Alle möglichen Variationen mit allen Materialien zu testen, würde mit klassischen Methoden Jahrtausende in Anspruch nehmen. „Unsere Anlage kann mehrere hundert solcher Variationen am Tag testen. Dies entspricht in etwa dem durchschnittlichen Lebenswerk einer/s Forschenden“, so Stein. Neben der Beschleunigung durch Automatisierung kann durch die Algorithmen und KI eine zusätzliche um den Faktor 10 schnellere Optimierung erreicht werden und vielversprechende Batteriematerialien damit schneller und kostengünstiger zur Marktreife gebracht werden.   

Die Forschungsanlage ist zudem in einen europäischen Rahmen eingebettet. Die von der Anlage erfassten Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus werden mit 34 Institutionen aus 15 Ländern im Projekt BIG-MAP der europäischen Forschungsinitiative BATTERY2030+ geteilt. „Das vollautomatisierte Labor wird uns und unsere europäischen Partner nicht nur in die Lage versetzen, Komponenten für neue Batterien viel schneller entwickeln zu können, sondern auch sicherzustellen, dass sie 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 Prof. Maximilian Fichtner, Direktor des HIU sowie Sprecher von POLiS.