Platform for computational battery design

I det globale arbeidet med avkarbonisering av energisystemer har batterier vist seg å være avgjørende komponenter. Ikke bare brukes de til å frigjøre transport fra fossile brensler, men de tilbyr også fleksibiliteten som trengs for energisystemer som er sterkt avhengige av intermittente fornybare kilder. Midt i denne overgangen er fremskritt innen batteriteknologi avgjørende, spesielt med tanke på kostnadseffektivitet og energitetthet. Her kommer SemiSolid litium-ion batteriteknologi (LIB) inn i bildet. Ved å suspendere elektrodene i en elektrolytt, lignende en leiraktig substans, baner SemiSolid LIBs veien for tykkere elektroder med høyere kapasitet og et mer materialeffektivt celledesign. For å drive denne teknologien fremover, pågår et samarbeid mellom FREYR og NTNU, som benytter kunstig intelligens (KI) og maskinlæring (ML). Ved å utvikle et rammeverk for beregningsbasert modellering, har prosjektet som mål å skape en digital tvilling, som muliggjør omfattende digital eksperimentering og simulering. Dette initiativet tar sikte på å akselerere innovasjon samtidig som det ivaretar kvalitetssikring og reduserer produksjonsavfall – et avgjørende skritt mot å etablere en solid batteriindustri, ikke bare i Norge, men internasjonalt. Likevel er det store utfordringer. Nøyaktig simulering av LIB-parametere forblir utfordrende på grunn av komplekse interne prosesser. ML er lovende, men bruken av teknikken krever nøyaktighet. Prosjektet tar sikte på å overvinne disse hindringene ved å bruke avanserte ML-teknikker på omfattende datasett, både kommersielle og proprietære, for å forbedre parameterestimering og optimalisere batteriytelsen.

The SemiSolid lithium-ion battery (LIB) technology is a promising new approach to improve LIBs by bridging the gap between conventional LIB technologies and solid-state LIBs. At the core of the SemiSolid technology are electrodes that are co-suspended with the electrolyte, resulting in a clay-like composition. This allows for a much thinner separator membrane between the anode and cathode and results in batteries with more active material and a higher capacity. FREYR Battery Norway AS (FREYR) is an emerging producer of clean battery solutions based on the SemiSolid LIB technology. Currently, the company is considering building gigafactories in the US and Europe with annual production capacities of several tens of GWhs. Battery design and production represent a new frontier in artificial intelligence (AI) supported production with the potential to dramatically improve future battery cell performance, as well as testing and production processes. In this project, FREYR and NTNU will join forces to develop a software tool for SemiSolid LIB development in the form of a computational modelling framework using a state-of-the-art machine learning approach. The development of tools tailored specifically for SemiSolid LIBs will enable the creation of a battery digital twin, a virtual representation that facilitates comprehensive digital experimentation and simulation. The innovation will result in the following important benefits for FREYR: i. Exploring future innovations of the SemiSolid LIB technology with low effort and less time-consuming experimental work. ii. Enhance the quality assurance processes in battery production and reduce the scrap rate when upscaling the SemiSolid LIB process to gigafactory production volumes.