Professor Helge Stein erläutert Ministerin Theresia Bauer einen Teil der neuen Materialbeschleunigungsplattform. (Bild: Daniel Messling, KIT)
Im Exzellenzcluster Polis (Post Lithium Storage) betreiben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Batterieforschung an Zukunftsbatterien, die leistungsfähiger, zuverlässiger, nachhaltiger und umweltfreundlicher sind als die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien. Jetzt ist dort in einer Kooperation des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Universität Ulm sowie des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) ein autonomes Forschungslabor in Betrieb gegangen.
Kreativer Kopf des Teams in Ulm ist Helge Stein, Tenure-Track-Professor am KIT und Polis-Forschungsbereichssprecher. Mit seiner Forschungsgruppe hat er die zugrundeliegende kombinatorische Materialsynthese, die Hochdurchsatz-Charakterisierung sowie die Data-Mining-Techniken unter Zuhilfenahme von Methoden der KI in der Versuchsauswertung und -planung entwickelt. Die Anlage mit dem Namen Places/R (Platform for Accelerated Electrochemical Energy Storage Research) ist die nach eigenen Angaben weltweit erste vollintegrierte Plattform zur beschleunigten Forschung an elektrochemischer Energiespeicherung. Die Anlage kann Batterien und deren Einzelkomponenten automatisiert synthetisieren und zusammenbauen, eine Messung anstoßen und diese vollautomatisiert auswerten. Basierend auf der Datenlage kann die KI-gestützte Anlage sogar entscheiden, welches Experiment als nächstes durchgeführt werden soll.
„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 Professor Helge Stein als einen kreativen und umtriebigen Kopf für unser Team in Ulm gewinnen“, sagt Theresia Bauer, Ministerin für Wissenschaft, Forschung und Kunst in Baden-Württemberg, die POLiS und das HIU anlässlich des Starts besuchte.
Eingebettet ist die neue Forschungsanlage in einen europäischen Rahmen: Die erfassten Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus werden mit 34 Institutionen aus 15 Ländern im Projekt BIG-MAP der europäischen Forschungsinitiative Battery2030+ geteilt.
KIT sieht neues Paradigma für die Batteriematerial-Entwicklung
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 allerdings Jahrtausende in Anspruch nehmen. „Unsere Anlage kann mehrere hundert solcher Variationen am Tag testen. Dies entspricht in etwa dem durchschnittlichen Lebenswerk eines Forschenden“, so Stein. Neben der Beschleunigung durch Automatisierung kann durch die Algorithmen und KI eine zusätzliche, um den Faktor zehn schnellere Optimierung erreicht werden und vielversprechende Batteriekonzepte damit noch schneller und kostengünstiger zur Marktreife gebracht werden.
