11.10.2022 • EnergieMaterialwissenschaften

Ein Tomographie-Labor für die KI-unterstützte Batterieforschung

3D-Daten während der Lade/Entladeprozesse lassen sich damit rascher und vielseitiger auswerten.

Röntgen-Tomographie ermöglicht es, direkt in eine Batterie hinein­zu­schauen und ihr während des Entladens und Beladens zuzus­chauen. „Wenn etwa das Lithium beim Laden und Entladen zwischen Anode und Kathode hin und her wandert, dehnt sich möglicher­weise das Lithium-Speicher­material aus oder es finden chemische Umwandlungs­prozesse statt“, erläutert Ingo Manke vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Die drei­dimen­sionale Abbildung dieser strukturellen Veränderungen kann Schwach­stellen hinsichtlich Leistung und Haltbarkeit deutlich machen, zum Beispiel Alterungs­prozesse. Die Röntgen-Tomographie kann diese Struktur­ver­änderungen abbilden und ist daher auch in der Batterie­forschung – ähnlich wie in der Medizin – zu einer unverzicht­baren Messtechnik geworden.

Abb.: Röntgen-Tomo­graphie einer Batterie-Kathode, vir­tuell in ihre...
Abb.: Röntgen-Tomo­graphie einer Batterie-Kathode, vir­tuell in ihre Be­stand­teile zer­legt. (Bild: M. Osen­berg, I. Manke, HZB / Binder, KIT)

Das HZB baut jetzt ein auto­ma­ti­siertes Tomographie-Labor auf, das speziell auf die Bedürfnisse von Festkörper­batterien ausgerichtet ist. Die Auswertung tomo­graphischer Messungen ist äußerst zeitauf­wändig, da die erzeugten Datenmengen sehr groß sind und komplexe 3D-Algorithmen erfordern. Daher sollen große Teile der 3D-Auswertungen mit Hilfe von Verfahren der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens voll­auto­ma­tisiert werden. Unterstützt wird dies durch einen speziellen Hoch­leistungs-Computer, mit dem „digitale Zwillinge“ der realen Batterien im Computer erzeugt werden können.

Diese Kombination aus Methoden der künstlichen Intelligenz und Tomographie-Messver­fahren ist ein innovativer Ansatz mit Pilot­funktion für die Ausstattung zukünftiger Labore. „Das Projekt hilft uns dabei, die Batterie­forschung im Hinblick auf die Erfordernisse der Industrie 4.0 zu digita­li­sieren und neue Wege bei der Entwicklung von Batterien einzu­schlagen“, sagt Manke. Das neue Labor wird Arbeits­gruppen an univer­sitären und außer­univer­sitären Forschungs­einrich­tungen sowie Industrie­unter­nehmen darin unter­stützen, neue Batterie­techno­logien zu entwickeln und zu verbessern. Das Projekt läuft bis Herbst 2024.

HZB / RK

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