Udvikling af fremtidens energimaterialer: Industrien skal med
Denne klumme er skrevet af Nini Pryds, professor, DTU.
Hvis Danmark skal nå sit ambitiøse mål om at være fri for fossile brændstoffer i 2050, skal vi imødekomme behovet for at finde fremtidens materialer til energikonvertering og lagring, der kan åbne op for innovation på tværs af mange energiteknologier.
For at nå i mål er det afgørende, at forskningen og industrien ikke kører i to parallelle spor afkoblet fra hinanden. Universitetsverdenen skal bruge virksomhedernes viden og erfaringer – og virksomhederne skal udnytte de resultater og undersøgelser, der hele tiden bliver gjort af forskerne.
DTU er kendt og anerkendt for at være en af verdens bedste, når det kommer til at arbejde sammen med virksomheder, og det samarbejde vil vi gerne udvide endnu mere, når det gælder udviklingen af nye energimaterialer.
På DTU har vi fået nye, åbne laboratoriefaciliteter, kaldet E-MAT. Det er en platform, der giver helt nye muligheder for forskning i funktionelle energimaterialer. Nøglen er, at laboratoriefaciliteterne er åbne. Det vil sige, at de kan bookes af virksomheder, eller virksomheder kan samarbejde med os om at udvikle nye effektive og miljøvenlige energimaterialer til gavn for samfundets grønne omstilling.
Vi har nemlig brug for en fælles platform, hvor vi sammen kan finde ud af, hvad materialerne kan bruges til, og hvor vi i fællesskab kan løse de aktuelle problemstillinger virksomhederne har med de nuværende energiteknologier.
Hvad skal fremtidens energimaterialer bruges til?
Jeg er ikke tvivl om, at vi kommer til at udvikle banebrydende energimaterialer, som kan blive til attraktive komponenter for industrien. Jeg forventer f.eks. at forskningen kan forbedre faststofbatterier, der kan understøtte udviklingen af trådløse sensorer i IT-branchen, i elbiler og til applikationer i sundhedssektoren.
Men præcis hvilke egenskaber skal materialerne have for at udvikle og imødekomme nye energiteknologier?Et tænkt eksempel er: Skal din elbil kunne oplades på under 5. min eller er det vigtigere, at batteriet er stabilt og holder længere? Det kan industrien bedst svare på med dens kendskab til markedsbehov og udfordringer i forhold til kommercialisering af nye energiteknologier.
Effekt og levetid af batterier, solceller, brændselsceller (elektrolyseceller) og en lang række andre vigtige energiteknologier er i vid udstrækning bestemt af kvaliteten af grænselagene mellem de materialer, som celler og batterier består af.
De grænselag kan vi nu kontrollere med det avancerede udstyr i E-MAT, og det giver os mulighed for at fremstille en ny generation af energimaterialer. Hvis vi kombinerer det med virksomheders ønsker til materialeegenskaber tidligt i udviklingen, kan vi skabe energiteknologier, der hurtigere kan kommercialiseres og komme ud i samfundet og gøre gavn.
Nye materialer åbner for helt nye muligheder
Vi har nu mulighed for at gentænke fremtidens energimaterieler. Tag f.eks. mit forskningsprojekt, NEXUS, som er et EU-støttet grundforskningsprojekt (ERC-bevilling) i E-MAT-laboratoriet. Her undersøger vi materialers egenskaber på atomart niveau.
Dvs. vi undersøger, hvordan vi kan udvikle en helt ny klasse af ultratynde iltrige materialer, som frit kan stables og roteres, nærmest som en stak byggeklodser, for at få den mest optimale opsætning af grænselagene til overførsel af elektroner og ioner. Formålet er at finde nye materialer, som kan lede hurtigere.
Selvom det er grundlæggende forskning, vil jeg gerne involvere industrien i dette. For spørgsmålet om, hvordan ioner bevæger sig i materialer, er relevant for industrien. Det får f.eks. betydning for hvor hurtigt, vi kan oplade og aflade batterier i fremtiden.
Lige nu er vi begrænset af batteriernes evne til at transportere ioner, hvor det kan tage op til flere timer at oplade en elbil fuldt, hvilket det højst sandsynligt ikke vil i fremtiden. Det er vigtigt for virksomheder, som f.eks. Tesla, at være med i den udvikling.
Med E-MAT har vi nu en fælles platform, hvor vi kan forske i og udvikle materialer fra atomart niveau til makroniveau med f.eks. 3D print af komponenter, du kan tage i hånden og teste. Det gør vejen fra forskning til kommercialisering af nye energiteknologier hurtigere.
For industribrugere af laboratoriefaciliteterne betyder det, at det bliver lettere at fremstille, teste og opskalere en produktion af nye energimaterialer til komponenter samtidig med, at det åbner op for, at eksisterende energiteknologier kan gøres mindre og også blive mere effektive.
Barrieren er væk med E-MAT
De nye energiteknologier er afhængige af hurtig transport af ioner og elektroner på tværs af grænselagene i materialer. Det er derfor vigtigt, at industrien er med tidligt i udviklingen af de nye energimaterialer og herigennem får indblik i, hvordan ioner bevæger sig gennem materialerne.
Med E-MAT er barrieren for at kunne etablere virksomhedssamarbejde omkring udvikling af nye energimaterialer væk. Vi har nu en fælles laboratorieplatform, den stærkeste af sin art i Europa for avanceret forskning og udvikling af overflader, grænseflader og strukturer til energimaterialer.
Med den baggrund har E-MAT også potentialet til at blive et eksempel på, hvordan samarbejdet mellem universitetsverdenen og virksomheder kan blomstre og bidrage effektivt til den grønne omstilling.
Læs mere om E-MAT og booking af faciliteter: https://emat.dtu.dk/
Artiklen er en del af temaet Klumme.
