Microsoft-KI findet neues Material für Feststoffbatterien
Forscher*innen haben mithilfe Künstlicher Intelligenz ein mögliches neues Material für eine Feststoffbatterie gefunden. Aus dem Material konnten die Wissenschaftler*innen am Pacific Northwest National Laborator (PNNL) eine funktionierende Batterie konstruieren.
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Bei der Suche nach dem Material kam eine Kombination aus Künstlicher Intelligenz und Hochleistungsrechnen (HPC) zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen cloudbasierten Dienst von Microsoft namens Azure Quantum Elements. Noch handelt es sich dabei an eine Aneinanderkettung von Computern, um die Rechenleistung zu erhöhen, zukünftig soll hier aber wirklich ein Quantencomputer zum Einsatz kommen.
32 Millionen Materialien analysiert
Die verwendete Microsoft-Datenbank ist speziell für die Materialforschung im Bereich Chemie ausgelegt. Damit konnte das Team der PNNL 32 Millionen Kandidaten analysieren. Im ersten Durchgang wurden 500.000 Materialien herausgefiltert, die stabil genug für den Einsatz in einem Feststoffakku sind.
Die Forschenden suchten dann nach Materialien, die Energie besonders gut leiten. Zudem analysierte die KI, wie gut sich Moleküle und Atome in den Materialien bewegen können und wie gut verfügbar – und wie teuer – sie sind.
Feststoffakku
In Akkus gibt es eine positive und eine negative Elektrode und Ionen, die sich zwischen ihnen bewegen. Damit das funktioniert, ist eine leitfähige Substanz notwendig, der Elektrolyt. In herkömmlichen Akkus ist dieser flüssig, in Feststoffakkus soll er, wie der Name schon sagt, fest sein.
Die Batterien werden dadurch leichter und kompakter. Zudem sind sie nicht brennbar, was vor allem beim Einsatz in Elektroautos ein wesentlicher Vorteil ist.
Das System spuckte daraufhin 23 weiter Kandidaten aus, von denen 5 bereits bekannt waren. Die restlichen 18 wurden von den Wissenschaftler*innen überprüft. Der gesamte Prozess dauerte nur 80 Stunden. Laut Microsoft hätten Menschen dafür Jahre gebraucht.
Lithium-armes Material
Die Forschenden haben sich schließlich für Tests an einem halben Dutzend Materialien entschieden und eines davon dürfte vielversprechend sein. Es wird aktuell noch nicht genannt und befindet sich derzeit im Praxistest. Es nutzt Lithium und Natrium sowie weitere Elemente. Gegenüber Lithium-Ionen-Batterien wird aber 70 Prozent weniger des rar werdenden Rohstoffs benötigt.
PNNL-Forscher Dan Thien Nguyen baut Knopfzellen mit dem neuen Material
© Dan DeLong for Microsoft.
Der Elektrolyt wurde erfolgreich synthetisch hergestellt und damit eine funktionierende Batterie gebaut. Bis so eine Batterie marktreif wird, müssen aber hunderte solcher Akkus über tausende Ladezyklen in verschiedenen Umgebungen getestet werden.
Digitaler Zwilling soll Prozess weiter beschleunigen
Auch dieser Prozess soll künftig beschleunigt werden können. Dafür arbeitet Microsoft an der Möglichkeit, einen Digitalen Zwilling zu produzieren. So könnte simuliert werden, wie sich die Batterie nach mehreren Jahren der Nutzung verhält.
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Ob das Material den Test besteht, ist unsicher. Die Forschenden betonen aber, dass vor allem der schnelle Prozess, mit dem es gefunden wurde, ein großer Fortschritt sei. Zudem hat das Team weitere Kandidaten-Vorschläge der KI noch nicht getestet, die ebenfalls Potenzial haben, für Feststoffbatterien verwendet zu werden.
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