Batterien werden beim Ausstieg aus fossilen Brennstoffen, insbesondere im Verkehrssektor, eine entscheidende Rolle spielen. Wenn das Ziel einer Reduzierung der CO₂-Emissionen in Deutschland bis 2030 um 55 Prozent erreicht werden soll, müssen zukünftige Batterien vor allem nachhaltiger und auch kostengünstiger werden. Das EU-Projekt BIG-MAP (Battery Interface Genome - Materials Acceleration Platform) zielt darauf ab, die Entwicklung von Batterien zu beschleunigen, indem die Art und Weise des Erfindens verändert wird. So sollen künftige nachhaltige und ultrahochleistungsfähige Batterien zehnmal schneller entwickelt werden können als heute.

BIG-MAP ist ein zentraler Bestandteil der groß angelegten und langfristigen europäischen Forschungsinitiative für Batterien, BATTERY2030+, an der 34 Partner aus 15 Ländern beteiligt sind. BIG-MAP ist das teuerste Einzelforschungsprojekt der EU zur Entwicklung nachhaltiger Batterien für die Zukunft.

Die Vision besteht nicht nur darin, neue Batterien viel schneller entwickeln zu können. BIG-MAP soll vielmehr auch dafür sorgen, dass sie Energie äußerst effizient speichern können und sich nachhaltig und kostengünstig herstellen lassen, damit es in Zukunft rentabel wird, Strom aus Sonne und Wind in Batterien zu speichern. Dies erfordert jedoch grundlegend neue Materialien und rasche Fortschritte innerhalb von Batterietechnologien, von denen wir vielleicht noch nicht einmal gehört haben. "In 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 20 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 den grünen Übergang bereit haben wollen", sagt Tejs Vegge, Professor an der DTU Energy und Koordinator des Projekts BIG-MAP.

Neu erfinden, wie man erfindet - Künstliche Intelligenz und Zukunftstechnologien kombinieren

Es geht also bei BIG-MAP nicht nur um eine nächste Batteriegeneration, sondern um eine neue effiziente Art, aus vorhandenem Wissen und digitaler Modellierung mit Künstlicher Intelligenz und ganz realen Forschenden schnell neue Lösungen zu finden. "Wir müssen eine ganz neue wissenschaftliche Plattform und eine neue gemeinsame 'Batteriesprache' entwickeln, die es ermöglicht, mit künstlicher Intelligenz, Daten aus allen Teilen der Forschungs- und Entwicklungs-Wertschöpfungskette gleichzeitig zu erhalten, zu analysieren und zu nutzen – mit einem Minimum an menschlicher Einmischung und ohne an traditionelle Entwicklungsprozesse gebunden zu sein“, so Vegge weiter. Mit maschinellen Lernalgorithmen in Verbindung mit physikalischen Modellen und Daten wird es beispielsweise möglich sein, die Haltbarkeit einer neuen Batterie in einem Bruchteil der bisher benötigten Zeit vorherzusagen. Dies kann durch groß angelegte Computersimulationen, Experimente und Tests erreicht werden, die kontinuierlich und ohne menschliches Zutun ausgewertet werden.

Das Fraunhofer-Forschungszentrum Elektromobilität am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC bringt in BIG MAP sein Wissen zur Laborautomatisierung für Materialsynthese und -entwicklung ein. "Innerhalb von BIG MAP entwickeln wir ein modulares Robotersystem zur Materialsynthese. Erster Schritt ist die robotergestützte Herstellung von Beschichtungsmaterialien für den Schutz von Kathodenpartikeln (core-shell coatings). Wir wollen damit ein System schaffen, das als physische Schnittstelle zur mehr und mehr digitalisierten Materialentwicklung der Zukunft dient", so Dr. Henning Lorrmann, Leiter des Fraunhofer-Forschungszentrums Elektromobilität. Für das Fraunhofer ISC ist dieses Projekt eines in einer Reihe von strategischen Projekten zum Aufbau einer intelligenten neuen Art der Materialentwicklung.

Das Projekt wird zunächst drei Jahre laufen und soll die Entwicklung neuer Batterietypen deutlich beschleunigen. Und da das Projekt die spezifische Entwicklung von Batterien zur Entwicklung der Plattform nutzt und umgekehrt, ist es auch gut möglich, dass die BIG-MAP-Forscher im Laufe der dreijährigen Projektlaufzeit neue Batteriematerialien einführen werden.