Neues EU-Projekt soll Batterieentwicklung beschleunigen

Das von der Europäischen Union (EU) geförderte Projekt BIG-MAP soll die Geschwindigkeit, mit der neue Batterie­typen entwickelt werden können, erheblich beschleunigen – und das mit einem besonderen Fokus auf Nachhal­tigkeit. Über die Forschungs­plattform CELEST beteiligen sich daran das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Ulm. Gleichzeitig verstärkt das Projekt die Forschungs­aktivitäten im gemeinsamen Exzellenz­cluster POLiS.

Um die von der EU und Deutschland angestrebte Klima­neutralität bis 2050 zu erreichen, müssen unter anderem die Treib­hausgas­emissionen aus dem Straßen­verkehr drastisch sinken. Wesentlich dazu beitragen soll der konsequente Ausbau der Elektro­mobilität, der allerdings kosten­günstigere und nach­haltigere Alter­nativen zu den bestehenden Batterien voraussetzt. „Genau das ist eine riesige Heraus­forderung, denn die Entwicklung neuer Batterien dauert mit derzeitigen Methoden recht lange. Im Projekt BIG-MAP wollen wir das entscheidend voran­bringen”, sagt Professor Maximilian Fichtner, wissenschaft­licher Sprecher von CELEST und POLiS sowie stellvertretender Direktor am Helmholtz Institut Ulm (HIU), welches das KIT gemeinsam mit der Universität Ulm gegründet hat. Das EU-Projekt BIG-MAP (BIG steht für Battery Interface Genome; MAP für Materials Accele­ration Platform) zielt darauf ab, gänzlich neue Methoden zu etablieren und dadurch die Batterie­entwicklung – unter anderem durch eine konsequente Automati­sierung und durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) – deutlich zu beschleunigen. Nach­haltige und ultra­hoch­leistungs­fähige Batterien sollen zukünftig durch die in BIG-MAP etablierten Methoden bis zu zehnmal schneller entwickelt werden als bisher. „Die Vision besteht aber nicht nur darin, neue Batterien viel schneller entwickeln zu können, sondern auch sicherzu­stellen, dass sie Energie effizient speichern können, dass sie nachhaltig und zu so niedrigen Kosten hergestellt werden können, damit es in Zukunft noch attraktiver sein wird, Strom zum Beispiel aus Sonne und Wind in Batterien zu speichern“, so Fichtner. „Eine Neuaus­richtung der bestehenden Entdeckungs-, Entwicklungs- und Herstellungs­prozesse für Batterie­materialien und -technologien ist notwendig, damit Europa es mit seinen Haupt­konkur­renten in den USA und Asien aufnehmen kann.“

Das Budget für BIG-MAP beläuft sich auf 16 Millionen Euro, beteiligt sind 34 Institutionen aus 15 Ländern. Das KIT ist mit den drei Profes­soren Maximilian Fichtner, Wolfgang Wenzel und Helge Stein nach der koordinie­renden TU Denmark (DTU) größter Förder­summen­empfänger. Entsprechend wird auch das Exzellenz­cluster Post-Lithium-Speicherung (POLiS), das vom KIT in Koope­ration mit der Universität Ulm, dem Zentrum für Sonnen­energie- und Wasser­stoff­forschung Baden-Württemberg (ZSW) sowie der Universität Gießen betrieben wird, bei der Entwicklung der neuen Methoden einen wichtigen Anteil haben. BIG-MAP wird zunächst über drei Jahre laufen, mit der Option auf eine Verlängerung um weitere sieben Jahre. Es ist das größte Einzel­forschungs­projekt der europäischen Forschungs­initiative für Batterien, BATTERY 2030+.

„Bei BATTERY 2030+ und BIG-MAP müssen wir die Art und Weise, wie wir Batterien erfinden, neu erfinden. Im vergangenen Jahr ging der Nobel­preis für Chemie an die Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie. Eine fantastische Erfindung, aber es dauerte zwanzig Jahre von der Idee bis zum Produkt – wir müssen in der Lage sein, es in einem Zehntel dieser Zeit zu schaffen, wenn wir nachhaltige Batterien für die Energiewende bereitstellen wollen“, sagt Tejs Vegge, Professor an der DTU und Leiter von BIG-MAP.

KI und Roboter beschleunigen die Batterieentwicklung

Im Rahmen von BIG-MAP soll eine gemeinsame europä­ische Daten­infra­struktur entstehen, die es ermöglicht, Daten aus allen Bereichen des Batterie­entwicklungs­zyklus autonom zu erfassen, zu verarbeiten und in kooperativen Arbeits­abläufen zu nutzen. So wird ein physischer Zugang zu den unterschiedlich ausgestatteten Test­einrich­tungen für die BIG-MAP-Forsche­rinnen und -Forscher dann kaum noch notwendig sein, und sie können über Landes­grenzen und Zeitzonen hinweg zusammen­arbeiten. Von KI orchestrierte Experi­mente und Synthese werden große Mengen erfasster Daten mit Fokus auf Batterie­materialien, Schnitt­stellen und Zwischen­phasen nutzen. Die Daten werden aus Computer­simulationen, autonomer Hochdurchsatz-Material­synthese und -charakteri­sierung, in Operando-Experimenten und Tests auf Geräte­ebene generiert. Neuartigen KI-basierten Werkzeugen und Modellen werden die Daten dazu dienen, das Zusammen­spiel zwischen Batterie-Materialien und Grenz­flächen zu „erlernen“ und so die Grundlage für die Verbesserung zukünftiger Batterie­materialien, Grenzflächen und Zellen zu schaffen.

„Wir werden in der Lage sein, den komplexen chemischen Raum mithilfe von autonom agierenden Robotern in nie dagewesener Geschwin­digkeit und Qualität zu erkunden. Unser Verständnis wird hierbei durch eine zentrale Künstliche Intel­ligenz unter­stützt“, erläutert Professor Helge Stein (HIU und POLiS), in dessen Forschungs­gruppe die für die beschleunigte Material­entdeckung benötigte KI feder­führend entwickelt und über den europäischen Kontinent verteilt wird. (Quelle: KIT)

Link: BIG-MAP, big-map.eu, DTU Energy, Technical University of Denmark

Bild: Die konsequente Automatisierung sowie der Einsatz von KI beim Planen und Auswerten von Versuchsreihen sollen die Entwicklung neuer Batterien beschleunigen. (Quelle: D. Messling, KIT)

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