Rune har ændret balancen mellem nøjagtighed og computerkraft

lørdag 28 jan 17

Error Mitigation in Computational Design of Sustainable Energy Materials

Hovedvejleder: Tejs Vegge

Medvejleder: Heine A. Hansen

 

Rune Christensen har med sin ph.d.-afhandling ”Error Mitigation in Computational Design of Sustainable Energy Materials” sikret, at bedre batterityper er kommet tættere på end før.

Materialeforskning har traditionelt udviklet sig gennem en proces bestående af antagelse, eksperiment, analyse af data, fulgt op af nye antagelser og nye eksperimenter indtil der skete et videnskabeligt gennembrud. Med supercomputernes indtog har forskningen bevæget sig ind i en ny æra, hvor ny indsigt på atomart niveau kan opnås ved computerberegninger alene.

”Meget af det, der i dag kan lade sig gøre, var slet ikke muligt for bare ti år siden. Ikke alene er computerne markant bedre, men analysemetoderne er nu så gode, at man har meget større mængder data til rådighed, end man havde før”, siger 28-årige Rune Christensen fra DTU Energi, der den 9/1 2017 forsvarede sin ph.d.-afhandling om ”Error Mitigation in Computational Design of Sustainable Energy Materials” på DTU Energi.

Rune Christensen og hans kolleger forsker i batterier, og hans afhandling er en nytænkning af nye metoder udviklet af Stanford Universitet i USA og DTU Fysik. Metoderne anvendes til at foretage en beregning på 2000 forskellige måder med forskellige antagelser, på den samme tid som det tidligere tog at foretage samme beregning på én måde. Herved kan usikkerheden på beregningerne bestemmes.

Beregningerne kræver store mængder computerkraft, men det har forskerne nu til rådighed. Og beregningerne muliggør indsigt på atomart niveau. Det betyder eksempelvis at 1000 potentielle materialesammensætninger kan skæres ned til de fem-seks, der i teorien har de bedste forudsætninger. Derefter kan materialerne fremstilles og testes.

Det sparer enorme mængder tid og ressourcer og forkorter den eksperimentelle fase væsentligt. Hvis man vel at mærke har taget højde for potentielle fejlkilder, idet mange data har indbyggede systematiske fejl. I flere år har forskerne blot accepteret generel usikkerhed som følge af fejl i beregningerne, men Rune Christensen har nu fundet en metode til at identificere og udelukke visse af disse systematiske fejl og har beskrevet hvordan i sin afhandling.

”Det var ikke et bevidst valg, men vi blev ved med at støde på frustrerende fejl, og så blev jeg nysgerrig og gik i gang med at identificere dem. For det er fint nok, at der er fejl, men man skal vide, hvor de kommer fra, så man kan navigere uden om dem. Så jeg gik efter at identificere dem, ikke fjerne dem. Der findes allerede beregningsmetoder der fjerner fejlene, men de kræver væsentligt mere computerkraft”, siger han.

”Men nu er vi i stand til at lave beregninger, hvor vi tager højde for specifikke fejl, hvilket gør os i stand til at få mere information ud af samme mængde data og computerkraft. Vi bruger det indenfor materiale- og katalyseforskning, men metoden kan helt sikkert også bruges indenfor andre forskningsområder, hvor der anvendes DFT.”

DFT (Density Functional Theory) eller tæthedsfunktionalteori er en kvantemekanisk metode der gør det muligt at beregne energi og en række afledte egenskaber ud fra elektrontætheden i et atomart system. Det er nødvendigt at balancere den ønskede nøjagtighed i beregningerne med den krævede computerkraft og størrelsen på det atomare system. Med Rune Christensens metode er balancen forskubbet så DTU-forskerne nu kan foretage mere nøjagtige, hurtigere eller større beregninger end tidligere.

”Når fejlene er udelukket, kan man kigge på større atomare konstellationer og dermed få bedre resultater og en bedre forståelse af reaktionerne i systemet, uden at man behøver investere i større computere. Det er selvfølgelig stadig en balance mellem hvor store systemer, man vil se på, og hvor præcise data man vil have, men jeg har forskudt balancen, så man får mere nøjagtige data ud af samme type beregninger,” siger Rune Christensen.

Efter endt ph.d.-uddannelse er han nu forskningsassistent på DTU Energi, mens han afventer sit diplom. Og selv om han ikke er helt sikker på fremtiden, så er han sikker på, at han vil arbejde et sted, hvor hans forskning er meget tæt på produktet, ligesom han på DTU har set udviklingen af nye batterityper.

Læs mere om batteriforskningen på DTU Energi

”Jeg skal vide, at det, jeg forsker i, bliver brugt til noget og ikke bare ender som tør teori,” fortæller han.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.