Neuartige Energiespeicher sind ein bedeutendes Zukunftsthema. Doch komplett neue Konzepte für Batterien zu entwickeln und deren Potenzial zu erkunden, sei zurzeit allerdings ein langwieriger Prozess, wie Corsin Battaglia, Leiter des «Materials for Energy Conversion»-Labors der Empa in Dübendorf (Schweiz) und Professor an der ETH Zürich, betont. «Unser Ziel ist es, diesen Prozess zu beschleunigen», so Battaglia. Zu diesem Zweck wurde die Roboterplattform «Aurora» entwickelt, die vollautomatisiert und künftig auch autonom Materialauswahl, Montage und Analyse von Batteriezellen im Labor übernehmen soll. Als Teil der europäischen «Materials Acceleration Platform», die innerhalb des europäischen «Battery2030+»-Projektes «BIG-MAP» aufgebaut wird, sollen die derzeitigen Entwicklungsprozesse damit rund zehnmal schneller ablaufen.

EU investiert 150 Millionen Euro in nachhaltige Batterien
Battery 2030+ ist eine europäische Forschungsinitiative, die sich für die Entwicklung der Batterien der Zukunft einsetzt. Ihr Schwerpunkt liegt auf umweltfreundlichen, leistungsstarken und langlebigen Batterien, die für den Übergang zu einer klimaneutralen Gesellschaft wichtig sind.
Im Rahmen des EU-Forschungsprogramms «Horizon Europe» vergab die EU vor kurzem mehr als 150 Millionen Euro für Forschungsprojekte, die von «Battery 2030+» koordiniert werden. Battery 2030+ hat zum Ziel, Europa zum Weltmarktführer bei der Entwicklung und Herstellung umweltfreundlicher Batterien zu machen.

Künftig soll „Aurora“ darüber hinaus aber auch lernen, autonom zu arbeiten. Mittels maschinellem Lernen könnte die „Aurora“-KI so mathematische Modelle erstellen und entscheiden, welche Experimente in einem nächsten Schritt ausgeführt werden sollen und welche Materialien und Komponenten besonders vielversprechende Kandidaten für die gewünschte Batterieanwendung darstellen. Denn weltweit läuft derzeit die Suche nach neuen Batteriematerialien, die recht günstig und gut verfügbar sind und keine technischen Nachteile mit sich bringen.

Da die Plattform unabhängig von Materialien, Batterie-Chemie und -Generation nutzbar ist, könnten mit ihr also nicht nur Lithium-Ionen-Batterien erforscht werden, sondern künftig auch alternative Natrium-Ionen-Batterien oder Batterien mit Selbstheilungsmechanismus getestet werden, so Svaluto-Ferro. „Mit der Chemie-agnostischen «Aurora» können wir zudem Prototypen aus unseren Labors, wie etwa Salzwasser-Batterien oder Feststoffbatterien, effizienter und schneller zur Marktfähigkeit bringen», sagt Laborleiter Battaglia.

Die Roboterplattform ist eingebettet in die «Open Research Data»-Initiative des ETH-Rats, die zum Ziel hat, die Digitalisierung in der Forschung voranzutreiben und Daten der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zur Verfügung zu stellen. Genutzt wird dabei unter anderem „AiiDA“, ein «Open Source Workflow Management»-System, das im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes „MARVEL“ entwickelt wurde. Für die Kommunikation zwischen der „Aurora“-KI und der „AiiDA“-Plattform entwickeln Empa-Forschende derzeit in Zusammenarbeit mit Forschenden an der EPFL und am PSI die passende Software. Damit ist „Aurora“ die erste Roboter-Plattform, die an das bestehende „AiiDA“-System angekoppelt wird. Die Daten werden dann an das Daten-Management-System „openBIS“ übergeben, dass an der ETH Zürich entwickelt wird.

Für die Batterieforschung bedeutet dies, dass die verschiedenen Prozessschritte, die die vielen Batteriezellen durchlaufen, effizient überwacht und ausgewertet werden und Daten jederzeit zu ihrem Ursprung zurückverfolgt werden können. «Das beschleunigt Innovationsprozesse enorm und stellt der «Industrie 4.0» eine umfassende Digitalisierungsstrategie im Bereich Forschung und Entwicklung zur Seite», so Empa-Forscher Corsin Battaglia.

Swiss Battery Days 2023
Vom 18. - 20. September 2023 veranstalten die Forschungseinrichtungen PSI, Empa und der schweizerische Verein „iBAT“ bereits zum fünften Mal die „Swiss Battery Days“. Veranstaltungsort der Konferenz ist Villigen (CH) auf dem Campus West des Paul-Scherrer-Instituts (PSI). Forschende aus dem In- und Ausland präsentieren hier ihre neusten Ergebnisse aus den Gebieten der Synthese und Charakterisierung von Batterie-Materialien und der Herstellung und Analyse von Batterie-Elektroden und -zellen, so auch die Forschenden des „Aurora“-Projektes.

Quelle: Empa