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12. Oktober 2022

Neu am HZB: Tomographie-Labor für die KI-unterstützte Batterieforschung

BMBF fördert das Projekt „TomoFestBattLab“ mit 1,86 Millionen Euro

Röntgen-Tomographie einer Batterie-Kathode © M. Osenberg, I. Manke/ HZB / Binder/ KIT
Röntgen-Tomographie einer Batterie-Kathode, virtuell in ihre Bestandteile zerlegt. © M. Osenberg, I. Manke/ HZB / Binder/ KIT

Am HZB wird ein Labor für automatisierte Röntgen-Tomographie an Festkörper-Batterien eingerichtet. Das Besondere: 3D-Daten während der Lade/Entladeprozesse (operando) können mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) rascher und vielseitiger ausgewertet werden. Das Bundesministerium für Forschung und Bildung fördert das Projekt „TomoFestBattLab“ mit 1,86 Millionen Euro.

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 der Tomographieexperte Dr. Ingo Manke. 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.

Das HZB baut nun ein automatisiertes Tomographie-Labor auf, das speziell auf die Bedürfnisse von so genannten 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 (bzw. des maschinellen Lernens) vollautomatisiert werden. Unterstützt wird dies durch einen speziellen Hochleistungs-Computer, mit dem so genannte „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 Projektkoordinator Manke.

Das neue Labor wird Arbeitsgruppen an universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen sowie Industrieunternehmen darin unterstützen, neue Batterietechnologien zu entwickeln und zu verbessern.  

Laufzeit bis Herbst 2024

Das Projekt „Machine Learning unterstütztes automatisiertes Labor für multi-dimensionale Operando Tomographie von Festkörperbatterien unter realen Betriebsbedingungen“ (TomoFestBattLab, FKZ 03XP0462) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative zum Ausbau der nationalen Forschungsinfrastruktur im Bereich der Batteriematerialien und -technologien (ForBatt) gefördert. Die Förderung läuft vom 01.09.2022 bis 31.08.2024.
 

Kontakt:

Prof. Dr. Philipp Adelhelm

Professur für Physikalische Chemie
Humbold-Universität zu Berlin

Leiter der Forschungsgruppe operando Batterieanalyse
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

adelhelmgroup.com

 

Dr. Ingo Manke

Fachgruppenleiter „Bildgebende Verfahren“ am Institut Angewandte Materialforschung
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

www.helmholtz-berlin.de/forschung/oe/ce/materialforschung/

 

Pressemitteilung HZB vom 10.10.2022

Außeruniversitäre Forschung Hochschulen Mikrosysteme / Materialien Photonik / Optik

Meldungen dazu

  • Unterzeichnung des MoU

    BAM, HZB und HU Berlin planen gemeinsames Berlin Battery Lab

    Die neue Forschungsinfrastruktur soll auch der Industrie für Projekte in der Batterieforschung offenstehen
  • Abbildung: Alterungsprozesse in NMC/Graphit-Lithium-Ionen-Batterien © HZB/10.1002/aenm.202400190

    Wie das gepulste Laden die Lebensdauer von Batterien verlängert

    Forschungsteam um Prof. Adelhelm (HU und HZB) analysiert Alterungseffekte von Lithium-Ionen-Batterien mit verschiedenen Ladeprotokollen
  • Screenshot: Professor Philipp Adelhelm bei der Abendschau des rbb

    Adlershofer Gamechanger für Energie­speicher­systeme

    Berliner Forschende arbeiten an Alternativen zur herkömmlichen Lithium-Batterie
  • Schematische Darstellung eines Natrium-Ionen-Akkus © HZB

    Wie Doping die Kathoden in Natrium-Ionen-Akkus verbessert

    Forschende von HZB und Humboldt-Universität entdecken zwei konkurrierende Mechanismen, die über die Stabilität der Kathoden entscheiden
  • Abbildung solvatisierte Ionen in Materialien (© G. A. Ferrero)

    Alternative Natrium? Batterien ohne kritische Rohstoffe

    Wissenschaftler:innen der Humboldt-Universität entwickeln eine neue Zellchemie im Rahmen eines ERC-Projekts
  • Vielversprechend: Feststoffbatterien

    Im Projekt KAROFEST erforschen Wissenschaftler:innen der Humboldt-Universität gemeinsam mit Partnern innovative Materialkonzepte für neue Batterien
  • Adelhelm Group © WISTA Management GmbH

    Blackbox-Batterie

    Adelhelm Group treibt alternative Batteriekonzepte voran
  • Adlershofer HU-Chemie forscht an der Batterie der Zukunft

    Sogenannte „Feststoffbatterien“ gelten unter Autoherstellern und Batterieproduzenten als eine besonders attraktive Technologie
  • Smartphone an Steckdose. Bild: HZB

    Hoffnung auf bessere Batterien

    Forscherteam des Helmholtz-Zentrums verfolgt live das Laden und Entladen von Silizium-Elektroden, die höhere Kapazitäten versprechen
  • Tomographie einer Lithium-Elektrode. Copyright: M. Osenberg / I. Manke / HZB

    3D-Tomographien zeigen, wie Lithium-Akkus altern

    Forscher dokumentieren den Prozess der Degradation von Lithium-Elektroden erstmals im Detail
  • 3D-Struktur der Batterie-Elektrode. Bild: L. Zielke/S. Thiele

    Realitätsgetreues Modell einer Batterieelektrode am Rechner

    Helmholtz-Forscher kombinieren Synchrotron-Tomographie- mit Elektronenmikroskopie-Aufnahmen

Verknüpfte Einrichtungen

  • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Elektronenspeicherring BESSY II
  • Humboldt-Universität zu Berlin | Institut für Chemie
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