Robotti nopeuttaa energiavarastointiin sopivien materiaalien etsintää

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen robottialustan, joka automatisoi sähkökemiallisia kokeita ja nopeuttaa näin energian varastointiin soveltuvien materiaalien testaamista. Alustassa yhdistyvät pipetointirobotti, tutkijoiden muokkaama 3D-tulostin ja sähkökemiallinen mittausjärjestelmä. Pipetointirobotti valmistelee näytteet 96-kuoppalevylle, ja 3D-tulostimesta muokattu sähkökemistirobotti asettaa elektrodit mittauksia varten.

Mahdollisten materiaalien ja niiden yhdistelmien määrä on niin valtava, että kaikkien vaihtoehtojen testaaminen yksi kerrallaan on hyvin hidasta. Nyt tutkijat voivat ohjelmoida kokeet etukäteen ja jättää järjestelmän työskentelemään itsenäisesti ympäri vuorokauden.

”Mittaukset, joiden tekemiseen tutkijalta saattaisi käsin kulua kaksi viikkoa, voidaan tehdä noin vuorokaudessa”, kertoo väitöskirjatutkija Li Chuyue.

Robotilla voidaan tutkia myös sitä, miten erilaiset olosuhteet vaikuttavat materiaalien toimintaan. Automaatio vähentää tarvittavien näytteiden ja siten myös syntyvän jätteen määrää.

Tutkijat kehittävät menetelmiä, joilla koneoppimista voidaan hyödyntää lupaavien energiavarastointimateriaalien tunnistamisessa. Tämä edellyttää riittävästi luotettavaa kokeellista dataa.

”Koneoppiminen on vain niin hyvää kuin data, jolla se on opetettu”, sanoo professori Pekka Peljo.

Robottialustan avulla tutkijat voivat tuottaa kokeellista dataa aiempaa nopeammin ja myös suurempia aineistoja, joita voidaan hyödyntää parempien ennustemallien kehittämisessä.

Sovelluksia pitkäkestoiseen energiavarastointiin

Yksi mahdollinen sovelluskohde ovat virtausakut, joissa energia varastoidaan nestemäisiin elektrolyytteihin. Niitä voidaan hyödyntää pitkäkestoisessa energiavarastoinnissa, jossa sähköä varastoidaan useiden tuntien ajaksi.

Tutkijat etsivät virtausakuissa nykyisin käytetylle vanadiinille edullisempia vaihtoehtoja. Hopeanvalkoinen vanadiini on tärkeä raaka-aine muun muassa kemian- ja terästeollisuudessa, mutta sen hinta on haaste.

”Virtausakkujen osalta meillä ei tällä hetkellä oikeastaan ole vielä mitään lupaavia vaihtoehtoja”, Peljo kertoo.

Robottialusta soveltuu kuitenkin virtausakkuja laajemminkin sähkökemialliseen tutkimukseen, jossa käsitellään nesteitä. Tutkijat ovat demonstroineet sitä myös kemiallisten yhdisteiden ja pH-mittausten avulla.

Laitteiston suunnittelu ja ohjelmisto on julkaistu avoimena lähdekoodina, jotta myös muut laboratoriot voivat hyödyntää ja kehittää järjestelmää.

”Alamme olla siinä pisteessä, että tällaisen järjestelmän rakentaminen on lähes kaikkien ulottuvilla”, Peljo sanoo.

Työ on osa Marie Skłodowska-Curie (MSCA) -verkostoa, johon kuuluu 17 tohtoriopiskelijaa eri puolilta Eurooppaa. Verkoston yhteisenä tavoitteena on nopeuttaa energiavarastointiin soveltuvien materiaalien kehittämistä. Aallossa yksi tutkimuksen painopisteistä on kokeellisen työn nopeuttaminen.