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Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

來(lái)源:力揚(yáng)企業(yè)有限公司(NIKYANG Enterprise Limited)   2024年09月02日 15:11  




隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化,世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化。新能源正迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng),新能源車、動(dòng)力電池等領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)翻倍增長(zhǎng),也成為助力低碳環(huán)保事業(yè)的關(guān)鍵力量。面對(duì)新能源行業(yè)大發(fā)展,助推行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、研發(fā)創(chuàng)新,可謂迫在眉睫。


事實(shí)上,在電池研究和創(chuàng)新周期中,很多任務(wù)卻仍要依靠人力,只有很小一部分可通過(guò)自動(dòng)化完成。中間工藝步驟依賴于人力的同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果更是與研究人員的技能水平息息相關(guān),使可重復(fù)性大打折扣。實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化方案的專家瑞士 Chemspeed 公司和瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究院(EMPA)便以改革電池研發(fā)效率為目標(biāo),開(kāi)發(fā)了 Aurora 電池機(jī)器人。


Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!





Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

EMPA 的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Corsin Battaglia 強(qiáng)調(diào):“世界亟需新型能源存儲(chǔ)技術(shù),但發(fā)展全新的電池概念、探討其潛能十分耗時(shí),EMPA 希望能加速這個(gè)過(guò)程,Aurora 機(jī)器人平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生,它將接管實(shí)驗(yàn)室電池的全自動(dòng)化研發(fā)過(guò)程,并在未來(lái)全面實(shí)現(xiàn)電池自主材料的選擇、組裝與分析等過(guò)程。”Aurora 平臺(tái)通過(guò)將多個(gè)模塊組合,形成自動(dòng)化的閉環(huán)序列,擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化,使實(shí)驗(yàn)人員從重復(fù)性任務(wù)中解放出來(lái),為創(chuàng)造性任務(wù)提供更多時(shí)間。


Aurora 電池機(jī)器人集成于氬氣手套箱中,每批次可組裝 32 個(gè)紐扣電池,并配有單獨(dú)的預(yù)制電極組。陽(yáng)極/陰極容量平衡對(duì)于電池循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要, Aurora 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化稱量過(guò)程,使其精度可達(dá)到 0.01 mg。Aurora 平臺(tái)可用多達(dá) 8 種不同的液體成分配制多達(dá) 32 種不同的液體電解質(zhì),使用 Chemspeed 的頂置式稱重加樣技術(shù),以 1 mg 的精度對(duì)高粘度液體進(jìn)行質(zhì)量分配,避免容易出錯(cuò)的基于密度和體積的分配過(guò)程。


然后,電池組在 128 通道恒電位儀上進(jìn)行性能測(cè)試,該恒電位儀與 Aurora 項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)的開(kāi)源 Python 包連接。對(duì)于具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的電池研發(fā),創(chuàng)新過(guò)程中耗時(shí)且容易出錯(cuò)的步驟實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,這不僅能快速測(cè)試科學(xué)假設(shè)和驗(yàn)證物理模型,更能減少了人為錯(cuò)誤、提高可重復(fù)性。


Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化后,數(shù)字化戰(zhàn)略才是研發(fā)技術(shù)發(fā)展的重中之重。EMPA 的研究員 Enea Svaluto-Ferro 正在“培訓(xùn)”Aurora,他表示:“當(dāng)機(jī)器人以恒定的精度稱重、計(jì)量和組裝各個(gè)電池組件,精確地啟動(dòng)和完成充電周期并執(zhí)行其他重復(fù)步驟時(shí),研究人員可以使用生成的數(shù)據(jù)來(lái)推動(dòng)創(chuàng)新過(guò)程向前發(fā)展?!?/span>


Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

Empa 研究員 Enea Svaluto-Ferro 與電池機(jī)器人 Aurora 合作;未來(lái)新電池的開(kāi)發(fā)時(shí)間應(yīng)該會(huì)大大縮短

圖片來(lái)源:Empa


此外,Aurora 平臺(tái)與開(kāi)源的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) AiiDA 連結(jié),是第一個(gè)與現(xiàn)有 AiiDA 系統(tǒng)耦合聯(lián)用的機(jī)器人平臺(tái),數(shù)據(jù)最終將傳輸至蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院正在開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) openBIS,對(duì)于電池研究來(lái)說(shuō),這意味著研發(fā)人員可以有效地監(jiān)控和評(píng)估電池開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中的眾多流程步驟,并且可以隨時(shí)追溯數(shù)據(jù)來(lái)源。


EMPA 的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Corsin Battaglia 表示:“這將使創(chuàng)新進(jìn)程進(jìn)一步加速,并為工業(yè) 4.0 提供研發(fā)領(lǐng)域全面的數(shù)字化戰(zhàn)略?!盇urora 現(xiàn)已成為歐洲研究計(jì)劃 Battery 2030+ 的一部分,并獲得了歐盟超過(guò) 1.5 億歐元的資助;同時(shí)被納入蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)董事會(huì)“開(kāi)放研究數(shù)據(jù)”(Open Research Data)計(jì)劃的一環(huán),由此促進(jìn)研發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)字化及數(shù)據(jù)共享。


Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

由于 Aurora 平臺(tái)可以獨(dú)立于材料、電池化學(xué)和發(fā)電而使用,因此它不僅可以用于改進(jìn)鋰離子電池,還可以在未來(lái)開(kāi)發(fā)替代鈉離子電池或具有自修復(fù)機(jī)制的電池,“Aurora平臺(tái)與化學(xué)無(wú)相關(guān)(chemistry-agnostic),因此可以將實(shí)驗(yàn)室的原型(例如鹽水電池或固態(tài)電池)更高效、更快速地推向市場(chǎng)。” Corsin Battaglia 說(shuō)道。


Aurora電池機(jī)器人:新能源研發(fā)明日之星!

Aurora在保護(hù)性氣氛下運(yùn)行:在手套箱中,Benjamin Kunz 和 Enea Svaluto-Ferro(右)控制工藝步驟。

圖片來(lái)源:Empa


未來(lái),Aurora 還將學(xué)會(huì)自主工作。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí),Aurora AI 可以創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型,并決定下一步應(yīng)進(jìn)行哪些實(shí)驗(yàn),以及哪些材料和組件適用于所需的電池應(yīng)用,幫助找尋廉價(jià)、易獲得且不存在任何技術(shù)缺陷的新型電池材料。






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