Batteriproduksjon kan skje raskere, billigere og smartere ved hjelp av verdens første digitale, selvlærende system for batterier. Foto: Edvin Wiggen Dahl

Dette grepet mangedobler farten på batteriutviklinga

Utviklingen av nye batterikonsepter skal snart gå fem til ti ganger raskere enn i dag ved hjelp av internasjonalt samarbeid, roboter og kunstig intelligens. 

– Grunnen til at vi gjør dette er at verden skriker etter batteriteknologi – som i dag er «et missing link» i det grønne skiftet. Våre analyser viser at vi ligger tjue år etter i utviklingen sett i lys av klimamålene, sier SINTEF-forsker Simon Clark. 

Nå revolusjoneres måten batterier utvikles på: Forskere over hele Europa er gang med å lage et helt nytt batterinettverk, som kombinerer digitale verktøy som kunstig intelligens med avansert robotikk. Dette vil mangedoble hastigheten på utviklingsfasen til ny batteriteknologi.  

I praksis betyr dette SINTEF og andre partnere i de europeiske forskermiljøene går sammen om en stor, digital dugnad. Målet er å samle all tilgjengelig kunnskap vi i dag har om batterier, alt fra kjemien i dem til materialene de består av og oppbyggingen av dem – og deretter digitalisere informasjonen i et stort felles nettverk. Dette nettverket skal så kobles opp mot kunstig intelligens og roboter i flere fysiske laboratorier. 

– Dette handler om å omdanne kunnskap om batterier og elektrokjemi til et format som kan forstås av maskiner, forteller SINTEF forsker Simon Clark. En viktig del av prosjektet vil også handle om gjenbruk og resirkulering av materialene i batteriene.

Den internasjonale batteridugnaden har fått navnet BIG MAP, og er et EU-prosjekt. Arbeidet kommer til å kreve enorme mengder med datakraft. Men til gjengjeld vil robotene bli i stand til å utføre en rekke forsøk. Det vil akselerere utviklingen av framtidas batteriteknologi med fem til tigangen, ifølge forskere.

 

Kung Fu og maskinlæring

SINTEF bidrar tungt i arbeidet med utviklingen av løsningen, i form av et modelleringsverktøy som vil være tilgjengelig for alle. Det betyr at alle som jobber med batterier kan bruke teknologien som gjør det mulig for maskiner å behandle, koble og forstå batteridata bedre.  

Clark drar en parallell til filmens verden for å forklare konseptet: 

– I en scene i en av Matrix-filmene lastes Kung Fu opp i hjernen til hovedkarakteren Neo, og plutselig kan han alt om denne kampsporten. Det digitale verktøyet vi utvikler i EU-prosjektet BIG-MAP er på en måte litt sånn. Men istedenfor at det er Neo som lærer Kung Fu, er det datamaskiner som lærer batteriteknologi ved hjelp av data vi laster opp, sier han med et smil. 

Simon Clark er en av forskerne i SINTEF som jobber med utvikling av fremtidens batteriteknologi. Foto: Tonje Nermark

Komplementerer dyre laboratorietester  

Den digitale plattformen kombinerer kunstig intelligens, simuleringsmetoder og selvnavigerende lab-roboter. Den vil gjøre at man enklere kan beregne optimal sammensetning og oppbygging av batterier spesialdesignet for å yte best mulig til spesifikke anvendelser. 

– Batteriteknologien endrer seg veldig raskt. Stadig nye materialer, design på batterikomponenter og nye format på battericellene skaper et behov for hele tiden å utvikle og teste nye løsninger. Det kan imidlertid være både dyrt og tidkrevende dersom man skulle teste ut absolutt alle muligheter og justeringer i lab, forklarer Clark. 

– Ved å bruke digital modellering og simuleringer i avanserte dataprogram, kan vi få et raskere, billigere og bedre bilde av hvordan ulike endringer eller tilpasninger vil påvirke batteriers levetid og effekt for eksempel, legger SINTEF-forskeren til. 

Men for å kunne lage digitale simuleringssystemer må man både kunne generere data og ha mulighet til å etterprøve teoretiske beregninger. Her kommer fysiske laboratorier inn i bildet. I Trondheim lader de opp til nyåpning: 

– Vi tror den nye batterilaben vår blir sentral for at Norge kan hevde seg i utviklingsløpet som pågår internasjonalt. Den blir også viktig når vi skal verifisere ny batteriteknologi før den igjen kan skaleres til industrielt nivå. Vi ser veldig frem til å ta laben i bruk når den står ferdig til sommeren neste år, sier Paul Inge Dahl i SINTEF. 

Norge har muligheten til å produsere batterier som er mer miljøvennlige og som har et lavere CO2 fotavtrykk enn noe annet land i verden, sier forsker i SINTEF, Paul Inge Dahl. Foto: Tonje Nermark

Behov for energilagring

Energimiksen i Norge, som i dag domineres av vannkraft, vil etter hvert få selskap av sol og vind. Behovet for å kunne lagre overskuddsenergi i perioder vil øke. 

Både kjemisk energilagring som hydrogen og batteriløsninger blir derfor mer og mer aktuelle. Og her ligger det store vekstmuligheter for Norge langs hele verdikjeden. 

– Vi har muligheten til å produsere batterier som er mer miljøvennlige og som har et lavere CO2 fotavtrykk enn noe annet land i verden. Kombinasjonen av billig vannkraft og lang erfaring med elektrokjemisk industri og forskning, gir oss unike fortrinn for å kunne bygge opp storstilt batteriindustri her til lands, sier Dahl. 
 

Bruksområdene for batterier er allerede mange og økende. 

– Innen transport på land, til havs og i lufta, kan vi etter hvert forvente å erstatte fossile energikilder med for eksempel batterier. Også innen elektroniske kommunikasjonsverktøy samt lagring av den fornybare energien vi produserer, er batterier relevante, legger han til. 

– Made in Norway kan komme til å bli en viktig merkevare for batterier fra Norge da de blir de grønneste i verden. Vi vet at markedet i økende grad etterspør et lavest mulig miljøfotavtrykk, legger Dahl til. 

Hele batteriverdikjeden

Rundt 150 forskerne i SINTEF jobber med ulike aspekter av batterier, og hele batteriverdikjeden er under lupen. 

– SINTEF har over flere år hatt et stort miljø som forsker på ulike komponenter i et batteri og batterisammensetning. Vi jobber med flere deler av batteriverdikjeden fra materialvalg av batterikomponenter, til effektivisering av battericelle pakker og batteri celler gjennom modellering og kunstig intelligens, til resirkulering av brukte batterier, forteller Clark. 

Han og kollegene er involvert i flere europeiske batteriaktiviteter. 

– Vi er mange forskere som bidrar inn i og leder ulike EU-finansierte prosjekter og initiativer. Battery2030+, BIG-MAP, Hydra, Seabat og Batteries Europe er noen eksempler, som alle utforsker ulike sider ved batteriproduksjon, -ytelse og livssyklus, sier Clark. 

 

Den digitale plattformen SINTEF forsker Simon Clark er med og utvikler kombinerer kunstig intelligens, simuleringsmetoder og selvnavigerende lab-roboter. Den vil gjøre at man enklere kan beregne optimal sammensetning av batterier til ulike bruksområder. Foto: Tonje Nermark

Batterier eller hydrogen?

Når det gjelder fremtidens energiløsninger, er SINTEF forskerne tydelige. 

– Det er ikke snakk om enten eller når det kommer til hydrogen eller batterier. Begge løsningene vil være nødvendige fordi de har litt ulike bruksområder når det kommer til lagring av energi, effektuttak og bruk, sier Clark.

– For eksempel dominerer batterier personbilmarkedet, mens hydrogen har fortrinn innenfor tungtransport og langdistansetransport. Hybridløsninger er sannsynlig, og brenselceller for hydrogen og batterier blir dermed to sider av samme sak, leggger Dahl til avslutningsvis.