Der Wettlauf um neue Batteriematerialien, die kostengünstig und gut verfügbar sind und keine technischen Nachteile mit sich bringen, ist in vollem Gang. An der Empa soll jetzt ein «Batterieroboter» die Entwicklung der dringend benötigten neuen Stromspeicher verkürzen.
Neue Batteriekonzepte zu entwickeln und deren Potenzial zu erkunden ist ein langwieriger Prozess, wie Corsin Battaglia, Leiter des «Materials for Energy Conversion»-Labors der Empa und ETH-Professor, betont. «Unser Ziel ist es, diesen Prozess zu beschleunigen». Neuer Helfer ist die vollautomatisierte Roboterplattform «Aurora», die künftig Materialauswahl, Montage und Analyse von Batteriezellen im Labor alleine übernehmen soll. Als Teil einer europäischen Forschungsplattform erwartet man in Dübendorf zehnmal schnellere Entwicklungsprozesse.
Um in der Batterieforschung und -entwicklung wettbewerbsfähig zu sein, werden nun zeitaufwändige und fehleranfällige Arbeitsschritte mittels Aurora automatisiert. Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro erklärt: «Während der Roboter die einzelnen Zellkomponenten in konstanter Präzision wiegt, dosiert und zusammenbaut, Ladezyklen exakt initiiert und abschliesst oder andere repetitive Schritte ausführt, treiben Forschende aufgrund der generierten Daten den Innovationsprozess weiter voran.»
Künftig soll Aurora auch lernen, autonom zu arbeiten. Mittels maschinellem Lernen könnte die Aurora-KI mathematische Modelle erstellen und entscheiden, welche Experimente in einem nächsten Schritt ausgeführt werden sollen und welche Materialien und Komponenten vielversprechende Kandidaten für die gewünschte Batterieanwendung darstellen.
Da die Plattform unabhängig von Materialien, Batteriechemie 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. «Mit der chemie-agnostischen Aurora können wir zudem Prototypen aus unseren Labors, wie etwa Salzwasser- oder Feststoffbatterien, effizienter und schneller zur Marktfähigkeit bringen», ergänzt Battaglia.
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 über 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.
Aurora ist eingebettet in die «Open Research Data»-Initiative des ETH-Rats, welche die Digitalisierung in der Forschung vorantreiben und Daten der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zur Verfügung stellen will. Für die Batterieforschung bedeutet dies: Die verschiedenen Prozessschritte, welche die zahlreichen Batteriezellen durchlaufen, werden überwacht, ausgewertet und sind jederzeit rückverfolgbar. «Das beschleunigt die Innovationsprozesse enorm und stellt der Industrie 4.0 eine umfassende Digitalisierungsstrategie im Bereich Forschung und Entwicklung zur Seite», sagt Battaglia.
