Accélérer la recherche sur les batteries avec des robots

Le monde a un besoin urgent de nouveaux types de stockage d'énergie. Mais développer des concepts de batteries entièrement nouveaux et explorer leur potentiel est actuellement un processus de longue haleine, comme le souligne Corsin Battaglia, directeur du laboratoire Materials for Energy Conversion de l'Empa à Dübendorf et professeur à l'ETH Zurich: "Notre objectif est d'accélérer ce processus", explique Corsin Battaglia. Cette accélération se manifeste actuellement sous la forme de la plate-forme robotisée "Aurora", qui doit prendre en charge de manière entièrement automatisée et à l'avenir également autonome la sélection des matériaux, l'assemblage et l'analyse des cellules de batteries en laboratoire. Faisant partie de la Materials Acceleration Platform européenne, qui est mise en place dans le cadre du projet européen "Battery2030+" "BIG-MAP", les processus de développement actuels doivent se dérouler environ dix fois plus rapidement.

Pour une recherche et un développement de batteries compétitifs au niveau international, des étapes de travail longues et sujettes à des erreurs dans le processus d'innovation sont désormais automatisées au moyen d'"Aurora". La plate-forme robotique est actuellement en cours de développement dans les laboratoires de l'Empa, en collaboration avec la société Chemspeed Technologies AG. Actuellement, le chercheur de l'Empa Enea Svaluto-Ferro met en œuvre les étapes de travail et "entraîne" Aurora. "Pendant que le robot pèse, dose et assemble les différents composants de la batterie avec une haute précision, qu'il initie et termine les cycles de charge avec précision ou qu'il effectue d'autres étapes répétitives, les chercheurs peuvent faire avancer le processus d'innovation sur la base des données générées", explique Enea Svaluto-Ferro.

Smart, autonome et chimio-agnostique

A l'avenir, "Aurora" devrait également apprendre à travailler de manière autonome. Grâce à l'intelligence artificielle, "Aurora" pourrait ainsi créer des modèles mathématiques et décider quelles expériences doivent être réalisées dans une prochaine étape et quels matériaux et composants sont des candidats particulièrement prometteurs pour l'application de batterie souhaitée. En effet, la recherche de nouveaux matériaux de batterie peu coûteux, facilement disponibles et ne présentant pas d'inconvénients techniques est actuellement en cours dans le monde entier.

"Comme la plateforme est utilisable indépendamment des matériaux, de la chimie des batteries et de leur génération, elle pourrait donc non seulement servir à étudier les batteries lithium-ion, mais aussi à tester à l'avenir des batteries sodium-ion alternatives ou des batteries dotées d'un mécanisme d'auto-régénération", explique Enea Svaluto-Ferro. "Grâce à l'agnostique chimique "Aurora", nous pouvons en outre amener plus efficacement et plus rapidement des prototypes issus de nos laboratoires, comme les batteries à l'eau salée ou les batteries à l'état solide, à la viabilité commerciale", explique le directeur du laboratoire, Corsin Battaglia.

"Aurora" n'est pas seule dans ce cas. La plate-forme robotique est intégrée dans l'initiative Open Research Data du Conseil des EPF, qui a pour objectif de faire progresser la numérisation dans la recherche et de mettre les données à la disposition de la communauté scientifique. On utilise entre autres "AiiDA", un système de "gestion de flux de travail open source" développé dans le cadre du Pôle de recherche national MARVEL. Pour la communication entre l'IA "Aurora" et la plate-forme "AiiDA", les chercheurs de l'Empa développent actuellement le logiciel adéquat en collaboration avec des chercheurs de l'EPFL et du PSI. "Aurora" est ainsi la première plate-forme robotique à être couplée au système "AiiDA" existant. Les données sont finalement transmises au système de gestion des données openBIS, qui est développé à l'ETH Zurich.

Pour la recherche sur les batteries, cela signifie que les différentes étapes du processus par lesquelles passent les nombreuses cellules de la batterie sont surveillées et évaluées efficacement et que les données peuvent être retracées à tout moment jusqu'à leur origine. "Cela accélère énormément les processus d'innovation et place "l'industrie 4.0" à côté d'une numérisation complète dans le domaine de la recherche et du développement", explique Corsin Battaglia, chercheur à l'Empa.