Hochschule Aalen beteiligt sich an der Digitalisierung der Materialforschung in Deutschland

Wie können Forschende weltweit auf Ergebnisse in der Materialforschung
zugreifen? Wie können aus einer Vielzahl von Daten neue Erkenntnisse
gewonnen werden? Und wie können Daten sicher und schnell Unternehmen zur
Verfügung gestellt werden, damit sie in Innovationen und verbesserte
Produkte einfließen? Die Antworten liegen in einer verstärkten
Digitalisierung der Wissenschaft. Das Institut für Materialforschung
(IMFAA) an der Hochschule Aalen ist ab sofort Teil der vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierten
Innovationsplattform „MaterialDigital“. Im Rahmen des Verbundprojekts
„DigiBatMat“ soll ein virtueller Materialdatenraum zur Batterieforschung
aufgebaut werden.

Die Digitalisierung setzt neue Maßstäbe für die Wissenschaft, indem sie
gewonnene Informationen barrierefrei zugänglich macht: Mithilfe von
Datenräumen lässt sich Wissen nicht nur strukturieren – durch moderne
statistische Methoden und künstliche Intelligenz kann der Datenschatz auch
ergänzt und somit schnell neue Erkenntnisse generiert werden.

Forschungsdatenmanagement ist auch in den Ingenieurwissenschaften von
zunehmender Bedeutung. „Dies gilt insbesondere für die
Materialwissenschaften, da die Erforschung neuer Materialien zunehmend
komplexer wird“, erklärt Dr. Timo Bernthaler vom IMFAA-Leitungsteam der
Hochschule Aalen. Während der Forschungsarbeit entstünden riesige
Datenmengen: „Diese strukturiert abzuspeichern, zu analysieren und
zugänglich zu machen, ist eine große Herausforderung.“ Eine zentrale Rolle
spielt dabei das Thema Machine Learning, das datengetriebene Analysen
ermöglicht und Daten mit Expertenwissen kombiniert.

Management von Daten zu Batteriematerialien

„DigiBatMat“ heißt das Projekt, mit dem die Hochschule Aalen jetzt Teil
des großen Forschungsverbundes ist. Die Abkürzung steht für „Digitale
Plattform für Batteriematerialdaten, -wissen und deren Verknüpfung“ und
wird vom BMBF mit rund 2,5 Millionen Euro gefördert. Projektpartner der
Hochschule Aalen sind das Leibniz-Institut für Neue Materialien, das AWS-
Institut für digitale Produkte und Prozesse gGmbH in Saarbrücken, die
Technische Universität Braunschweig sowie das Karlsruher Institut für
Technologie. „Unser Beitrag ist die strukturierte Erfassung und
Generierung von Prozess- und Materialdaten“, fasst Bernthaler zusammen.
Werde etwa eine Batterie in den Laboren des IMFAA analysiert, entstünden
dabei jede Menge Daten über die Materialzusammensetzung oder den
Batterieaufbau.

„Die Leistungsdaten der Batteriesysteme hängen letztlich entscheidend von
den Eigenschaften dieser Materialien und ihrem Zusammenspiel, wie auch von
den Prozessen bei der Zellfertigung ab“, so Bernthaler. Zur
Materialanalyse nutzen die Aalener Forscher:innen unterschiedliche
Methoden aus den Bereichen Mikroskopie und Spektroskopie, Tomographie und
elektrochemische Charakterisierung.

Impulse für die Batteriezellenfertigung

„Der erste Schritt ist die Festlegung einer ‚gemeinsamen Sprache‘, sodass
sich die Informatiker:innen und Werkstoffwissenschaftler:innen im Projekt
auch verstehen. Erst dann können Daten sinnvoll erfasst, ausgewertet und
nachfolgend auch zugänglich gemacht werden“, erläutert Prof. Dr. Volker
Knoblauch von der Hochschule Aalen. „Dazu werden sämtliche Daten auf
definierte Standardformate und Schnittstellen angeglichen. So können auch
historische Daten zur Analyse herangezogen werden und der Datenumfang
enorm erweitert werden“, führt Knoblauch weiter aus. Letztlich sollen die
im Projekt angestrebten Lösungen dazu beitragen, die Entwicklung von
Batteriematerialen und Zellen in Deutschland zu beschleunigen: Möchten
Batterieentwickler:innen beispielsweise die Kapazität der Akkus erhöhen,
würden sie  später in der Datenbank nach dem geeigneten Material und
zugehörigen Fertigungsprozessdaten suchen und können so Zusammenhänge
zwischen Materialeigenschaften, Fertigungsprozessparameter und
Leistungseigenschaften einer Batterie extrahieren.

Teil einer Datenplattform und eines Kompetenzclusters

Das Projekt ist nicht nur Teil der  BMBF-Innovationsplattform
„MaterialDigital“, sondern auch des BMBF-Batteriekompetenzclusters zur
Batteriezellproduktion „ProZell“, koordiniert durch die TU Braunschweig.
„Das macht die Aufgabe besonders reizvoll und erfordert viel Kommunikation
zwischen den unterschiedlichen Welten“, freut sich Dr. Veit Steinbauer vom
IMFAA, der als Projektleiter der Hochschule Aalen das Vorhaben
vorantreibt.