贝克曼高级科学技术研究所的研究人员开发了一种自动化实验室机器人，可以运行复杂的电化学实验并分析数据。

考虑到经济性和可及性，研究人员合作创建了一种能够快速执行电化学的台式机器人。该仪器被恰当地命名为Electrolab，通过自动化许多基本和重复的实验室任务，大大减少了电化学研究所需的精力和时间。

Electrolab可用于探索储能材料和化学反应，以促进太阳能或风能等替代和可再生能源的使用，这对于应对气候变化至关重要。

“我们希望Electrolab能够在能量存储方面取得新的发现，同时帮助我们与其他电化学家和非电化学家分享知识和数据。我们希望他们能够尝试以前无法尝试的事情，”JoaquínRodríguez-López说，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学系教授。

这个跨学科团队由Rodríguez-López和UIUC材料科学与工程系JamesEconomy教授、化学与生物分子工程教授CharlesSchroeder共同领导。他们的工作发表在《Device》杂志上。

电化学是对电及其与化学关系的研究。化学反应释放的能量可以转化为电能——用于为遥控器或电动汽车供电的电池就是这种现象的完美例子。

相反，电也可以用来驱动化学反应。电化学可以为许多需要使用刺激性化学品的反应提供绿色和可持续的替代方案，它甚至可以驱动化学反应，将二氧化碳等温室气体转化为可用于其他行业的化学品。这些是相对简单的电化学演示，但目前对更大规模地产生和存储大量能量的需求不断增长是一个突出的挑战。

其中一种电池被称为氧化还原液流电池，用于电网级存储，可以存储电力并向整个电网供电。此次合作探索的电池使用有机分子来储存能量，并且可以通过改变这些分子的结构来轻松改变或调整。罗德里格斯-洛佩斯实验室研究生、贝克曼研究所2023届研究生迈克尔·彭斯(MichaelPence)表示，探索氧化还原液流电池条件的一个主要缺点是需要花费大量时间和精力来确定一个有效的系统。

Electrolab最初是Rodríguez-López和Schroeder之间的一个想法，基于专注于推进电池科学和技术的合作项目。罗德里格斯-洛佩斯和施罗德组建了一个跨学科团队，包括程序员、工程师和电化学家。最初的想法是创建微加工设计，但团队决定优先考虑可访问性和可转移性。

在确定Electrolab的最终设计后，研究小组成功创建并测试了一种经济实惠的设备，该设备适应性强，由通用部件制成，建造成本约为1,000美元，这是各种规模的实验室采用该设备的关键。该团队正在公开分享该仪器的建设计划，以便所有研究人员都能从中受益。

Electrolab有两个主要组件：硬件和软件。硬件由一个标准3D打印机框架组成，该框架被改造成一个解决方案处理机器人;微加工电极阵列或电子芯片;和电化学硬件。该框架允许机器人在电化学电池上方的指定区域内移动，以分配不同的液体。电子芯片测量电流，这对于理解电化学测量是必要的。

该软件组件是用Python(一个免费的开源编码平台)创建的，允许用户连接Electrolab来执行实验。该软件可实现全自动数据分析、可视化图形和绘图。当与机器学习结合使用时，Electrolab从一个完成预定任务的机器人转变为一个可以在实验发生时决定实验方向的机器人。通常，电化学家会精心挑选感兴趣的数据集以继续前进，但Electrolab使用其实时收集和分析的数据来采取下一步行动。换句话说，Electrolab正在使这门科学快速发展。

电化学表征的瓶颈是对新分子和溶液进行深入分析和表征所需的时间。这些任务包括测量电池材料充电和放电的电压以及计算副反应的速度。探索和调整这些系统的方法几乎有无限种，但根本没有足够的时间或带宽来探索每个选项。

Electrolab正在加速新材料的发现，最终将有助于应对气候变化。研究高效的能量转换并探索氧化还原液流电池中使用的新型储能材料将使太阳能或风能等替代能源变得更加实用。Pence表示，电化学是一切的核心，这就是Electrolab如此重要的原因。

在他们最近发表的论文中，研究团队详细描述了Electrolab的功能，并报告了用于测试机器人准确性和鲁棒性的两个实验的结果。Electrolab在多种条件下进行了200多项实验，分析了数据，甚至在2小时内自行清理完毕。对于一般电化学家来说，这个实验需要花费8个小时——具体取决于他们的咖啡因水平。

第二个实验测试了Electrolab作为专家的工作能力。Electrolab的设计目的是在要求更高的实验类型中研究下一代氧化还原液流电池材料，以找到支持电解质溶液，并用更小、更灵敏的电极进行了修改，并设置为完全自主运行。它在不到四个小时的时间内完成了任务，没有人为干扰，使研究人员能够开展其他项目，并减少了精密电化学分析中常见的背景噪音。

除了探索新的电池材料之外，Electrolab还展示了探索电化学以绿色和可持续方式驱动化学反应的系统的前景。作为贝克曼研究的一部分，彭斯计划使用Electrolab来筛选常见生物质副产品的氧化条件，寻找将废料转化为增值化学品的方法。