Kartierung des Batteriedatengenoms für bessere Batterien

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Es gibt viele Möglichkeiten, die Welt zu kartieren, von geografischen Illustrationen bis hin zum genetischen Aufbau der Organismen um uns herum. Als begeisterter Outdoorer, Wanderer und Mountainbiker ist es selbstverständlich, dass der Wissenschaftler des Nationwide Renewable Power Laboratory (NREL), Kandler Smith, diese Konzepte auch auf seine Forschung anwendet. Smith leitet die computergestützte Batteriemodellierung von NREL für die elektrochemische Energiespeicherung, wo er Karten und Modelle entwirft, um unser Verständnis von Batterien zu verbessern.

„Die Arbeit im Bereich nachhaltiger Energie ist eine kleine Möglichkeit, wie ich dazu beitragen kann, die natürliche Welt zu erhalten“, sagte Smith. „Ich genieße das Rätsel, das Design sicherer, zuverlässiger und effizienter Batterien für die Dekarbonisierung von Netzen und Transport zu entwerfen und zu beschleunigen.“

Modellierung einer Zukunft für bessere Batterien

Mit 15 Jahren bei NREL ist Smith ein Experte für die Vorhersage und Verlängerung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien, aber die elektrochemische Energiespeicherung battle nicht immer seine Leidenschaft. Smith begann seine Karriere im Maschinenbau und arbeitete an Strahltriebwerken für Militärprogramme, bevor er sich auf erneuerbare Energien konzentrierte. Nach dem Erwerb eines Ph.D. in Maschinenbau von der Pennsylvania State College wechselte er zu NREL.

„Ursprünglich interessierte ich mich für den Bau von Maschinen wie Helikoptern“, sagte Smith. „Aber die Themen Thermodynamik und Wärmeübertragung haben mein Interesse an Energie und später Elektrochemie geweckt. Anstatt Motoren zu bauen, fing ich an, Computermodelle zu bauen, um bessere Batterien für eine nachhaltige Zukunft zu entwerfen.“

Eingebettet in die sonnigen Ausläufer von Colorado, ist NREL eine natürliche Ergänzung für Smiths Umweltleidenschaft, sowohl beruflich als auch in der Freizeit. Bei NREL hat Smith an der Entwicklung zahlreicher Batteriemodelle mitgewirkt, darunter das ehrgeizige Projekt Pc-Aided Engineering of Batteries (CAEBAT). Das CAEBAT-Projekt hat die Entwicklung von labor- und industriegeführten Softwareprogrammen unterstützt, die heute von Tausenden von Ingenieuren weltweit verwendet werden, um zu verstehen, wie die elektrochemische Batteriephysik mit der Komplexität von Großsystemen interagiert. In Anerkennung seiner Arbeit hat NREL Smith kürzlich für seine erstklassigen Beiträge zur Modellierung, Vorhersage, Optimierung und Konstruktion der Batterielebensdauer zum Distinguished Member of Analysis Workers ernannt.

Smith leitet ein Forscherteam am NREL, das sich auf die Interpretation von Batteriediagnoseexperimenten wie Röntgen/CT konzentriert und Modelle verwendet, um Batteriematerialien und -design voranzutreiben. Foto von Werner Slocum, NREL

Kartierung des Batteriedatengenoms

Energiespeicherung ist der Schlüssel zum elektrifizierten Transport und dem sich schnell entwickelnden Stromnetz, Eckpfeilern einer dekarbonisierten Zukunft. Ein offener Austausch von Batteriedaten ist ein wesentlicher Bestandteil zur Erreichung der Energieziele. Zur Unterstützung dieser Bemühungen trägt Smith dazu bei, eine entstehende Zusammenarbeit zwischen NREL und Industriepartnern zu leiten, um ein leistungsfähiges Batteriegenom zu schaffen, um Datenformate zu standardisieren und den offenen Austausch von Daten und Software program in der gesamten Batteriegemeinschaft zu fördern. Diese Initiative würde zukünftige Bemühungen unterstützen, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz zu nutzen, um die Batterieforschung und -entwicklung zu rationalisieren.

„Computermodellierung ermöglicht es Forschern, Innovationen zu automatisieren und zu beschleunigen“, sagte Smith. „Physikalisch informierte künstliche Intelligenz hilft, Lücken zu schließen, bei denen die Batteriephysik nicht vollständig verstanden wird oder die Größe des Datensatzes zu groß ist, als dass Menschen ihn bewältigen könnten. Wenn wir zusammenarbeiten, können wir das Tempo innovativer Experimente beschleunigen und die Akzeptanz neuer, nachhaltiger Technologien steigern.“

Ein umfassenderes Verständnis des Batteriegenoms wird die Forschung in Energiespeicherprojekten beschleunigen. Obwohl Smith nicht direkt an der Entdeckung neuer Batteriematerialien arbeitet, unterstützt seine Modellierungsarbeit ein schnelles Scale-up für Entdeckungen der nächsten Technology, indem er eine grobe Vorhersage darüber liefert, wie eine Batterie mit neuen Materialien funktionieren könnte. Darüber hinaus würde das Batteriegenomprojekt Batterien als Gesamtsystem betrachten, von der Herstellung bis zur Gesundheitsvorhersage, um ganzheitliche Energiespeichersysteme zu verbessern.

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Von Rebecca Martineau

Artikel mit freundlicher Genehmigung des Nationwide Renewable Power Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums (DOE).


 

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