Roboter beschleunigen die Batterieforschung

Empa-Forscher wollen die Entwicklungszeit von Energiespeichern mit Hilfe der Roboterplattform „Aurora“ verkürzen. Dafür wird Aurora trainiert, Arbeitsschritte in der Batterieforschung- und Entwicklung autonom zu übernehmen. Das Projekt ist Teil der Open-Research-Data- Initiative des ETH-Rats, die die Digitalisierung und den freien Zugang zu Forschungsdaten unterstützt.

Neue Konzepte für Batterien zu entwickeln und deren Potenzial zu erkunden, sei ein langwieriger Prozess. sagt Corsin Battaglia. „Unser Ziel ist es, diesen Prozess zu beschleunigen“, so Corsin Battaglia, Leiter des „Materials for Energy Conversion“ - Labors der Empa und Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich. Hier kommt die Roboterplattform Aurora ins Spiel. Aurora übernimmt vollautomatisiert und künftig autonom Materialauswahl, Montage und Analyse von Batteriezellen.

Aurora soll zeitaufwändige und fehleranfällige Arbeitsschritte in der Forschung und Entwicklung automatisieren. Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro implementiert und trainiert die Schritte mit Aurora. „Während der Roboter die einzelnen Zellkomponenten in konstanter Präzision wiegt, dosiert und zusammenbaut, Ladezyklen exakt initiiert und abschließt oder andere repetitive Schritte vollführt, können Forschende aufgrund der generierten Daten den Innovationsprozess weiter vorantreiben“, sagt Svaluto-Ferro.

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Autonom und materialunabhängig

Künftig soll Aurora lernen, autonom zu arbeiten. Mittels maschinellen Lernens könnte die KI mathematische Modelle erstellen und entscheiden, welche Experimente ausgeführt werden und welche Materialien und Komponenten für die gewünschte Batterieanwendung in Frage kommen.

Da die Plattform unabhängig von Materialien, Batteriechemie und -generation nutzbar sei, könnten mit ihr nicht nur Lithium-Ionen-Batterien erforscht werden, sondern künftig alternative Natrium-Ionen-Batterien oder Batterien mit Selbstheilungsmechanismus getestet werden, so Svaluto-Ferro. Mit der Chemie-agnostischen Aurora könne man Prototypen aus Laboren, wie Salzwasser-Batterien, effizienter und schneller zur Marktfähigkeit bringen, sagt Battaglia.

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Datenrückverfolgung: Aurora trifft AiiDA
Die Roboterplattform ist eingebettet in die Open-Research-Data-Initiative des ETH-Rats, die Daten der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zur Verfügung stellen. Genutzt wird dabei AiiDA, ein Open-Source-Workflow-Management-System. Für die Kommunikation zwischen Aurora und AiiDA entwickeln Empa-Forschende in Zusammenarbeit mit Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) und der Paul-Scherrer-Institut in der Schweiz (PSI) die passende Software. Damit ist Aurora die erste Roboterplattform, die an das bestehende AiiDA-System angekoppelt wird.

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