Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro arbeitet gemeinsam mit dem Batterieroboter «Aurora». Die Entwicklungszeit von neuen Stromspeichern soll so künftig stark verkürzt werden (Quelle: Empa).

Neuartige Energiespeicher

Publiziert

Mit Robotern die Batterieforschung beschleunigen - Smart, autonom und Chemie-agnostisch.

Empa-Forscher wollen die Entwicklung dringend benötigter neuer Energiespeicher mit Hilfe des Batterieroboters «Aurora» beschleunigen. Das Projekt gehört zur europäischen Forschungsinitiative Battery2030+, die unlängst von der EU mit über 150 Millionen Euro gefördert wurde. Zudem ist das Projekt Teil der «Open Research Data»-Initiative des ETH-Rats, die die Digitalisierung und den freien Zugang zu Forschungsdaten vorantreibt.
Die Welt braucht dringend neuartige Energiespeicher. Komplett neue Konzepte für Batterien zu entwickeln und deren Potenzial zu erkunden, ist zurzeit allerdings ein langwieriger Prozess, wie Corsin Battaglia, Leiter des «Materials for Energy Conversion»-Labors der Empa in Dübendorf und Professor an der ETH Zürich, betont «Unser Ziel ist es, diesen Prozess zu beschleunigen», so Battaglia. Diese Beschleunigung manifestiert sich derzeit in Form der Roboterplattform «Aurora», 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 rund zehnmal schneller ablaufen.
Für eine international wettbewerbsfähige Batterieforschung und -entwicklung werden nun zeitaufwändige und fehleranfällige Arbeitsschritte im Innovationsprozess mittels «Aurora» automatisiert. Die Roboterplattform wird derzeit in den Empa-Labors gemeinsam mit der Firma Chemspeed Technologies AG weiterentwickelt. Momentan implementiert Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro die Arbeitsschritte und «trainiert» 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 generierte Daten den Innovationsprozess weiter vorantreiben», sagt Svaluto-Ferro.

Smart, autonom und Chemie-agnostisch
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 kostengünstig 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.
«Aurora» ist dabei nicht allein. 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. Daten werden schliesslich 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.

EVENTS

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis