Des scientifiques de Diamond Light Source et de l’ISIS Neutron and Muon Source ont contribué au développement de la première bibliothèque d’imagerie de batteries en libre accès au monde. La bibliothèque a été créée dans le cadre d’une collaboration internationale dirigée par le Dr Antony Vamvakeros, Industry Fellow de la Royal Society à l’Imperial College London et responsable de la recherche et du développement chez Finden Ltd, société implantée aux côtés des deux installations sur le Harwell Science and Innovation Campus.
La Battery Imaging Library (BIL) contient plus de 4,5 téraoctets de données expérimentales acquises dans divers synchrotrons et laboratoires nationaux. L’initiative a réuni 48 scientifiques issus de 18 institutions du monde entier pour acquérir des données expérimentales sur les batteries à l’aide de 13 modalités d’imagerie distinctes à différentes échelles.
En utilisant la ligne de lumière I12-JEEP de Diamond, la ligne de lumière phare du Royaume-Uni pour l’imagerie et la diffraction par rayons X de haute énergie, l’équipe a pu acquérir des mesures statiques et dynamiques de micro-tomographie X à haute résolution. L’équipe a scanné des batteries cylindriques commerciales Li-ion, LiFeS2 et alcalines afin de révéler leur structure interne. La professeure Genoveva Burca, principale scientifique de la ligne de lumière I12, a déclaré : « La ligne de lumière I12-JEEP offre des capacités uniques pour sonder et étudier la structure morphologique interne des batteries. Nous sommes ravis que ces jeux de données de micro-tomographie X dynamique soient désormais librement accessibles via la Battery Imaging Library, afin que les scientifiques du monde entier puissent les utiliser pour développer des dispositifs de stockage d’énergie plus sûrs et plus efficaces. »
La ligne de lumière d’imagerie neutronique IMAT de l’ISIS Neutron and Muon Source a été utilisée pour collecter des données de tomographie par neutrons, particulièrement précieuses car rarement accessibles à la communauté des batteries. Elle fournit un contraste complémentaire à celui des rayons X pour les composants légers des batteries Li-ion, permettant de visualiser les électrolytes à base de lithium et de localiser les espèces de lithium en général au sein de la cellule. En incluant des données issues de plusieurs techniques, la bibliothèque permet aux scientifiques d’obtenir l’image complète nécessaire à leur analyse.
Plutôt que de laisser ces précieux fichiers cachés sur des disques durs privés, le projet garantit que chacun peut accéder aux données brutes comme aux images reconstruites. La collection est conçue pour aider les chercheurs à valider de nouveaux modèles de calcul et à tester des logiciels d’analyse d’images.
Dans la publication associée, Battery Imaging Library : des données d’imagerie de batteries multi-échelles et multimodales issues du synchrotron et du laboratoire pour tous, l’équipe met en évidence les objectifs principaux de la bibliothèque :
- élargir l’accès : rendre les données librement accessibles aux chercheurs à toutes les étapes de leur carrière
- améliorer le développement des méthodes : fournir des jeux de données réalistes pour tester et améliorer les techniques d’imagerie et d’analyse
- soutenir l’apprentissage : offrir aux étudiants et aux professionnels des données et des flux de travail pratiques pour la formation et l’éducation
L’auteur principal Ronan Docherty, doctorant au Centre for Doctoral Training for the Advanced Characterisation of Materials de l’Imperial College London, a relevé le défi de rendre cette vaste quantité d’informations facile à parcourir en créant un site web dédié, conçu pour faciliter la recherche, l’accès et la réutilisation des données.
Ronan a déclaré : « Un défi majeur avec les jeux de données expérimentaux existants est tout simplement de trouver ce dont on a besoin. Nous avons développé le site web de la bibliothèque pour résoudre ce problème, permettant aux utilisateurs de parcourir les différentes modalités et d’accéder rapidement aux données spécifiques pertinentes pour leur recherche. »
Le Dr Sam Cooper, professeur d’IA pour la conception de matériaux à la Dyson School of Design Engineering de l’Imperial College London et directeur scientifique de Polaron, une spin-out issue de l’Imperial College, également co-auteur de ces travaux, a déclaré : « Les données ouvertes sont essentielles pour entraîner les modèles d’IA qui accéléreront la prochaine génération de découvertes scientifiques. L’infrastructure nécessaire est disponible depuis déjà quelque temps, mais la culture au sein de la communauté scientifique a pris du retard. J’espère que la BIL inspirera d’autres groupes à faire de même. »
Le Dr Antony Vamvakeros, auteur correspondant de la BIL, est Industry Fellow de la Royal Society à la Dyson School of Design Engineering de l’Imperial College London et scientifique principal R&D chez Finden Ltd. Il a créé la bibliothèque, coordonné l’équipe internationale et réalisé la majeure partie des travaux expérimentaux au synchrotron et sur les neutrons avec ses anciens doctorants de l’Imperial College, le Dr Sam Riley et le Dr John Morley.
Antony a déclaré : « Avec le professeur Sam Cooper de l’Imperial College, notre ambition était d’ouvrir ces jeux de données d’imagerie complexes à l’ensemble de la communauté scientifique. En partageant cette vaste collection, nous espérons accélérer le développement de méthodes d’apprentissage automatique pour les données expérimentales. Par exemple, les chercheurs peuvent utiliser cette ressource pour entraîner des réseaux de neurones auto-supervisés au débruitage des données, à la super-résolution et à la fusion de données. »
Article : Digital Discovery – Journal : Digital Discovery – Méthode : Imaging analysis – DOI : Lien vers l’étude
Source : Diamond Light Source
