Anders tok doktorgrad på uvanlige batterier

— Kan du, helt kort, fortelle hva doktorgradsarbeidet ditt handler om?

— Jeg har jobbet med natriumionebatterier, et billigere og mer bærekraftig batterialternativ. I batteriverdenen er det litiumionebatterier som i dag dominerer markedet. Problemet er at det er begrenset med litium i verden. Derfor har jeg sett på natriumionebatterier som et alternativ til disse.

Fakta

Anders Brennhagen

• Har levert avhandlingen «Bi metallates as conversion-alloying anodes for Na-ion batteries» for graden Philosophiae Doctor
• Disputerte ved Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet, Universitetet i Oslo, 5. april 2024

— Hvor kommer stoffet til disse batteriene fra?

— Natriumionebatterier bruker natrium, et grunnstoff som er en hovedingrediens i vanlig salt, natriumklorid. Det fine er at det finnes masse salt i naturen. Natriumklorid finner man i sjøvann, for eksempel, og man finner også mye natrium i jordskorpen. Det er mer enn 1.000 ganger så mye natrium som litium i naturen, dette er det sjette vanligste grunnstoffet på jorden.

 — Er det mye produksjon av natriumbatterier i verden?

 — Nei, ikke så mye. Dette er ganske ny teknologi. Det er har vært litt produksjon de siste par årene, først og fremst i Kina der det er flere fabrikker som nå utvikler natriumionebatterier. Tidligere i år begynte de også å produsere El-biler som bruker natriumionebatterier.

— Hvorfor ble det doktorgrad om akkurat dette emnet?

— Jeg har alltid hatt lyst til å jobbe med det grønne skiftet og overgangen til fornybar energi. Da fant jeg ut at batterier er et spennende og viktig tema. Gode batterier og god batteriteknologi spiller en nøkkelrolle når det gjelder elektrifisering av transport og lagring av fornybar energi. Alle vet hva et batteri er, men få vet hvordan de virker. Jeg har fått dykket dypt ned i dette.

 — Kan du presentere prosjektet ditt i korte trekk? 

— Jeg skulle se på en ny gruppe materialer for natriumionebatterier, nærmere bestemt den negative delen, anoden. De materialene som til nå har vært brukt i anoden er stort sett laget av karbon og har relativt lav kapasitet. I arbeidet mitt studerte jeg en gruppe materialer som kalles for vismutmetallater, som har betydelig høyere kapasitet.

— Problemet er at disse materialene dør fortere, noe som gjør at batteriet har kort levetid. Jeg har prøvd å finne ut av hvorfor de ikke virker så bra og hva vi kan gjøre for å få dem til å virke bedre. Ved hjelp av røntgenstråler i laboratoriet studerte jeg batteriene mens de ladet opp og ut, for å se på de strukturelle og kjemiske endringer til atomene i materialet mitt. I løpet av doktorgraden ble vi også de første til å teste ut en kombinasjon av to røntgenteknikker på et fungerende batteri, det var et lite pionerarbeid.

— Fant du ut av det?

— Vel, jeg klarte ikke å få materialene til å fungere bra, dessverre. Men ved hjelp av arbeidet mitt forstår vi nå mer av hvorfor de fungerer dårlig, og jeg klarte å beskrive ganske detaljert om hva som skjer kjemisk i prosessen.

— Hvorfor er arbeidet ditt viktig?

— Dette er litt blanding av grunnforskning og anvendt forskning. Alle bruker batterier, og vi trenger at batteriene vi bruker blir stadig bedre utviklet. Og i stedet for å finne opp et nytt batteri, så er arbeidet mitt et bidrag til å forstå det som gjør at batterier virker — eller ikke virker. Jeg håper at arbeidet kan bidra til å utvikle bedre batterier fremover.

— Ble du overrasket over noe?

— Nja, jeg har jo jobbet med batterier siden masteren, så det var ikke så mye som direkte overrasket meg. Men vi hadde kanskje tenkt at disse materialene skulle fungere bedre enn de gjorde. 

— Hva var det mest krevende med doktorgradsperioden?

— Det mest krevende var nok det som skjedde på laben. Det å kombinere disse røntgenteknikkene var det ingen hadde gjort tidligere, så det var en del prøving og feiling. Det eneste stedet vi kunne gjøre dette var på synkrotronen i Grenoble i Frankrike, og jeg måtte frem og tilbake fem ganger i løpet av doktorgraden for å gjøre målinger før vi fikk det til ordentlig. Vi har også veldig begrenset med tid når vi er der nede så det gjelder å utnytte tiden best mulig. Før den siste reisen ned dit jobbet jeg 80 timer i uken, tre uker i strekk, for å lage alle prøvene og forberede meg best mulig. Det var litt mer en kroppen min tålte så jeg gikk på en liten smell og ble litt utbrent, men det gikk jo bra til slutt.

— Gikk alt etter planen?

— Vel, i starten av doktorgraden, akkurat da jeg begynte å gjøre eksperimenter, stengte laben på grunn av korona. Da måtte jeg legge om planen, og begynte å skrive en review-artikkel isteden som heldigvis ble god nok til at jeg kunne levere som en del av avhandlingen. I tillegg måtte jeg kombinere doktorgradsarbeidet mitt med undervisning, opplæring av nye kollegaer og oppussing av den ene batterilaben. Og så hadde vi en brann på kontoret til en av veilederne mine som gjorde at en hel gang i bygget var sperret av en god stund, inkludert den ene laben vår. Så det ble en del uforutsette utfordringer.

— Har du angret på at du gikk i gang med dette?

— Det var jo en periode midt i doktorgradsperioden da jeg tenkte er «dette egentlig noe for meg?». Man støter på hindre underveis. Men jeg fant ut av at det nok var riktig for meg å stå løpet ut.

— Hva snudde det for deg da tvilen kom snikende?

— Jeg klarte å ta et skritt tilbake, tenke «Er det virkelig verdens undergang om jeg ikke får til denne målingen?». Jeg tror det er viktig å se tilbake på det man får til, ikke det man ikke får til. Så jeg prøvde å tenke på hvor ekstremt mye jeg allerede hadde lært og tenke at det kom til å gå bra til slutt. I de periodene det gikk mest trått, prøvde jeg også å ta noen lettere arbeidsoppgaver.

— Hva skal du bruke avhandlingen til videre? 

— Nå jobber jeg med litt andre ting, men fremdeles innenfor batterier. Mer med litium- og kalsiumbatterier — det siste er enda mer eksperimentelt. Jeg ønsker fortsatt å forstå mer av hva som skjer inne i batteriene. Håpet er at dette vil bidra til at vi kan lage batterier som funker bedre.