« Première plongée dans les coulisses de l’APS qui change la batterie » : comment de nouvelles images dévoilent ce qui bloquait la performance

La recherche sur les batteries connaît une avancée significative avec l’association du superordinateur Aurora et de la source de photons avancée (APS) au Laboratoire National d’Argonne. Cette combinaison promet de fournir des informations en temps réel sur les performances des batteries, accélérant ainsi le développement de nouvelles technologies de stockage d’énergie. L’objectif est de créer un cycle autonome où l’intelligence artificielle joue un rôle crucial dans l’expérimentation et l’analyse des nouveaux matériaux, réduisant le temps de recherche de plusieurs années à seulement quelques jours ou semaines.

Les enjeux d’une recherche accélérée sur les batteries

La demande de nouveaux matériaux pour les batteries augmente de manière exponentielle. Ces composants sont essentiels pour l’avenir énergétique, alimentant des secteurs tels que les véhicules électriques, le réseau électrique, l’aviation, le soutien maritime et l’électronique portable. Face à cette demande croissante, les chercheurs doivent réaliser des percées en termes de performance, de sécurité et de rentabilité pour réduire la dépendance aux minéraux critiques. Venkat Srinivasan, directeur du Centre collaboratif pour la science du stockage d’énergie à Argonne, souligne que les batteries jouent un rôle clé dans la modernité, que ce soit pour les transports terrestres, aériens ou maritimes, ou pour l’électronique portable.

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APS et Aurora : des partenaires dynamiques

L’APS, une installation de l’Office of Science du DOE, a récemment achevé une mise à niveau complète qui a multiplié par 500 la luminosité de ses faisceaux X. Cette amélioration permet aux chercheurs d’examiner les matériaux des batteries avec un niveau de détail sans précédent, en étudiant non seulement les cathodes et les anodes mais aussi les minuscules défauts structurels qui pourraient nuire aux performances. Stefan Vogt, scientifique en rayons X à Argonne, explique que cette mise à niveau leur permet d’observer les batteries en action avec une précision bien meilleure. « Ces techniques avec le nouvel APS sont devenues beaucoup plus rapides, nous pouvons donc maintenant examiner les choses de manière beaucoup plus opérationnelle qu’auparavant », a-t-il déclaré.

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L’apport puissant d’Aurora

Aurora gère le côté computationnel de ce partenariat, avec plus de 60 000 GPU et la capacité d’effectuer plus d’un quintillion de calculs par seconde. C’est l’un des plus rapides superordinateurs hexascale au monde. Aurora peut gérer des tâches d’IA et d’apprentissage automatique à grande échelle, permettant aux chercheurs de traiter et d’analyser des flux massifs de données en temps réel. L’APS devrait générer plus de 100 pétaoctets de données annuellement à travers divers domaines scientifiques. Pour illustrer, un pétaoctet peut stocker l’équivalent de 10 000 à 100 000 cerveaux humains. Argonne a mis en place une connexion d’un térabit par seconde entre l’APS et Aurora pour assurer un transfert de données fluide et rapide, permettant aux chercheurs de traiter les données pendant que l’expérience est en cours.

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Explorer l’intérieur des batteries

La résolution améliorée de l’APS permet aux scientifiques de suivre les électrons, les ions et les changements au niveau atomique à l’intérieur des batteries. La spectroscopie des rayons X avancée peut révéler les états électroniques des matériaux cathodiques courants tels que le nickel, le cobalt et le manganèse, fournissant des informations sur la manière dont ces éléments se comportent lors de la charge ou de la décharge d’une batterie. La ptychographie est une autre technique prometteuse qui génère des images extrêmement détaillées sans lentilles traditionnelles. En utilisant le modèle d’apprentissage automatique d’Argonne, PtychoNN, les scientifiques peuvent reconstruire ces images à partir de motifs d’interférence en temps réel, un processus que l’on s’attend à ce qu’Aurora accélère considérablement.

Alors que la technologie continue de progresser, l’association de l’APS et d’Aurora pourrait transformer la manière dont nous comprenons et améliorons les batteries. Cette avancée pose une question essentielle : comment ces développements transformeront-ils notre dépendance aux technologies de stockage d’énergie dans les décennies à venir ?