Åpner topp moderne batterilaboratorium

Kjeller, Lillestrøm: Fredag blir det fest på Kjeller. Da åpner et helt nytt batterilaboratorium i en ombygget verkstedhall hos Institutt for energiteknikk (Ife). Målet er å være katalysator for ny material- og teknologiutvikling – i tett samarbeid med industrien.

De gamle laboratoriene på Ife ble for små da Norge bestemte seg for å bli en batterinasjon. Norske aktører banker utålmodig på dørene. Nå skaleres forskningen opp med et tilskudd på 100 millioner kroner fra Forskningsrådet og cirka 40 millioner kroner også fra Ife.

Det skal gi et solid løft for innovasjon og utvikling av batteriteknologien nasjonalt.

Forskningsleder for batterier ved Ife, Hanne Flåten Andersen, mener Norge har minst like - om ikke bedre – forutsetninger enn mange andre land i Europa.

– Vi har de beste forutsetninger til å hevde oss. Vi har svært god materialkunnskap og vi kan prosessteknologi, sier Andersen.

Skreddersys formålet

Alle batterier er bygget opp av anode, katode og elektrolytt. Men der slutter også likhetene. Det er et vell av materialer og kjemier man kan bruke. Batterier skreddersys til ulike formål.

Norges største styrke er på anodematerialer, bygget opp rundt den metallurgiske industrien. Flere av de «norske» materialene, deriblant silisium, kan erstatte andre materialer og øke ladekapasitet.

Andersen sier at det norske miljøet har mye å tilføre i alle ledd, fra å forske og utvikle materialer til anoder og katoder, til de avanserte prosessene med å framstille celler, det vil si «coating-linje», med baking og tørking av elektroder og deretter oppkutting og pakking til celler i ulike former og størrelser.

Fylling av elektrolytt og formering – det vil si å sette på spenning og starte den elektrokjemiske prosessen – samt testing, utgjør også en viktig del av prosessen. I batteritestlaboratoriene jobber Ife med både poseceller, sylindriske samt prismatiske celler.

Erstatter litium

Mange av dagens batterier er basert på materialer det kan være lite av, begrenset tilgang til og brannfarlige. Ife-laboratoriet vil være viktig for utvikling av nye kjemier, som Natrium-ion og faststoffbatterier.

– De nye laboratoriene er bygget opp for å være mest mulig fleksible slik at vi kan tilpasse oss nye materialer, kjemikalier og metoder, sier Andersen og viser rundt.

Hun sier at natrium er svært lovende og trolig vil være et videre steg i utviklingen. Svenske Northvolt meldte denne uka om et gjennombrudd. Foreløpig er ikke energitettheten like god som i litium-baserte batterier.

– Det er nettopp det vi skal jobbe med, både ved egeninitiert forskning med industripartnere, eller som anvendt forskning på oppdrag, sier Andersen og tar oss med på en runde.

Startet med elbilbatterier

Omvisningen starter i det «gamle» laboratoriet fra 2015, som ble utvidet i 2020. Ife bygget opp et batterilaboratorium etter behov fra den norske elbilprodusenten Think. Etter at Think-eventyret tok slutt, bygget gründerne Jan-Olaf Willums og Egil Mollestad opp ZEM som begynte utvikling av batterier for maritimt bruk med behov for batterilaben hos Ife. Deretter kom Corvus Energy i samme ærend.

– Testing av levetid og aldring for maritim industri har vært viktig, sier Andersen.

Ulike teknologier

Hun tar oss med inn i den nye laben der man må gjennom en sluse. Skal man inn i «tørr-lab» eller «ren-lab», må man ta på seg ulike overtrekksdrakter, skoposer og annet. Før åpningen er det ikke like strengt. I tørr-laben står en ni meter lang «coating-linje». På gulvet ligger en kobberfolie med et svart belegg.

­– Forskerne og ingeniørene er i gang med å kjøre i gang og kalibrere maskinen. Vi er ikke helt ferdig, sier Andersen som forklaring på «gulvbelegget».

Folien er del av anoden. Den skal belegges med anodematerialet – det vil si en blanding av ulike kjemikalier- som kommer i form av en flytende masse – slurry. Den påføres i et tynt lag, presses og bindes til folien, for deretter å tørkes.

Mye av energibehovet til batterifabrikker stammer fra denne prosessen, samt formering av batterier, det vil si lading og testing.

Freyr som har bygget et pilotanlegg i Mo i Rana, vil gjøre anodecoatingen på en annen måte, med en «tørr» prosessteknologi utviklet av det amerikanske selskapet 24M. Det skal være denne prosessen Freyr ikke får til å fungere som ønsket. Det fører til forsinkelser og problemer for gigafabrikkplanene i Mo i Rana, slik de meldte da kvartalstallene nylig ble presentert.

– Enormt behov for batterier

Forskningsleder Andersen mener det er helt riktig – og nødvendig – å bygge ut gigafabrikker også i Norge.

De store norske aktørene som Morrow, Beyonder og Freyr, konkurrer ikke direkte, selv om de alle har planer om å bygge store fabrikker for battericelleproduksjon. De henvender seg til ulike markeder og bruksområder.

– Det er et enormt behov for batterier i årene framover. Det gir rom for flere gigafabrikker, også i Norge, sier Andersen.

Ifølge regjeringens batteristrategi fra juni 2022, er den globale etterspørselen etter batterier nesten tredoblet siden 2018. Mens den samlede globale etterspørselen etter batterier var på 470 GWt i 2021, venter flere aktører og analysebyråer at den vil ligge på mellom 3 600 GWt til over 6 000 GWt i 2030, hvorav det europeiske markedet alene ventes å utgjøre 1 000 GWt i 2030.

Det er langt fra bare el-biler og batterier til ferger og skip som vil trenge batterier framover. Batterier vil også spille en viktig rolle i stabilisering av strømnett, energiforsyning, energilagring for industri og til store og små kjøretøy og applikasjoner.

Jobber med hele verdikjeden

Det er en stor underskog av teknologiselskaper som jobber med ulike deler av det som skal til for å framstille batterier som kan selges til en sluttbruker.

I underlagsmaterialet til regjeringens batteristrategi, som ble presentert i juni fjor, er det listet opp en rekke norske aktører i batteriverdikjeden. Verdikjeden omfatter alt fra mineralutvinning, råmaterialframstilling, batterimaterialer, battericelleproduksjon, batteripakker og resirkulering.

Den største omsetningsdelen er celleproduksjon, mens råmaterialer utgjør 25 prosent og batteripakker 16 prosent. Resirkulering utgjør foreløpig bare fire prosent. Der har Norge allerede kommet ett stykke på vei med Batteriretur og Hydrovolt i Fredrikstad.

– På Ife jobber vi med hele batteriverdikjeden. Det gjenstår mye arbeid på å gjøre battericeller lettere å resirkulere. Med tanke på mineralsituasjonen og bærekraft, blir det veldig viktig sier Andersen.

Så langt har norske underleverandører til celleproduksjon vært mest konsentrert rundt anodematerialer. Til laben er det stort sett brukt standard katoder.

– Det er mye å utvikle også på katodefeltet. Det kommer, sier Andersen.

Nasjonal batteristrategi

I den nasjonale batteristrategien er ikke nødvendigvis gigafabrikker målet. Ife er heller ikke den eneste institusjonen som jobber med batteriteknologi.

Laboratoriet er en del av nasjonal infrastruktur (Norwegian Advanced Battery Laboratory Infrastructure - NABLA), som koordineres av Ife. De andre laboratoriene finnes hos NTNU, Sintef, UiA, UiO og FFI. I tillegg har de fleste selskapene som jobber med batterier egen laboratorier.

Målet for NABLA er å tilby en nasjonal infrastruktur dedikert til batteriforskning og utvikling til norsk forsknings- og industriorganisasjoner.