Da 澳门葡京手机版app下载sr?det i fjor bestemte seg for ? finansiere grensesprengende og kreative energiforskningsprosjekter med nyskapende vinkling eller tematikk, mottok de 41 s?knader totalt. Av disse fikk 7 prosjekter st?tte til en f?rste fase – hvorav 3 h?rer hjemme ved Senter for materialvitenskap og nanoteknologi.
– Det er selvf?lgelig utrolig stas ? n? opp med s? mange prosjekter i noe som faktisk er en veldig krevende bestilling fra 澳门葡京手机版app下载sr?det, sier Klaus Magnus H?land Johansen, leder ved SMN.
– De var ute etter h?yrisikoprosjekter, hvor man har relativt kort tid p? seg til ? bevise at man b?r g? videre til fase to. Kun 3 av prosjektene kommer til ? gj?re det – de regner alts? med at fire stykker feiler, og det illustrerer godt den h?ye risikoen og niv?et, forklarer han og legger til:
– Vi synes det er veldig g?y ? se at to unge talenter i tett 澳门葡京手机版app下载 med v?re mer etablerte forskere har klart ? n? opp. Samtidig er det ogs? veldig spennende med et prosjekt som genuint krysser grensen mellom kjemi og fysikk.
SMN-prosjektene som f?r finansiering er rettet mot konvertering av sollys, kalsiumbatterier, og utforsking av en helt ny klasse av dioder, som finnes i alt fra solceller til LED-lys.
Omdanning av sollys til UV-lys
?SunUP - Solar photochemical H2 production through novel routes?-prosjektet ledes av forsker Per-Anders Stensby Hansen og professor Ola Nilsen fra Kjemisk institutt, og skal bidra til det ? lage gr?nt hydrogen ved hjelp av sollys.
– Det finnes noen materialer som er s?kalt fotokatalytiske, det vil si at de kan skape kjemiske reaksjoner n?r det skinner sollys p? dem. For eksempel titanoksid, som gjennom dette kan rive vannmolekyler fra hverandre og lage hydrogen og oksygen. Problemet er at titanoksid bare absorberer litt av sollyset, de f? prosentene som best?r av UV-lys. Det er ikke spesielt effektivt, s? v?rt prosjekt handler om ? konvertere sollyset til UV-lys, forklarer Hansen.
Det skal de gj?re gjennom ? utvikle et filmmateriale som kan absorbere den synlige delen av lyset og omdanne det til UV-lys som kan drive titanoksidet.
– Ingen har f?tt til dette ordentlig f?r. Det vanlige har v?rt ? bytte ut titanoksid med noe som absorberer bedre. Problemet med det er at n?r slike materialer absorberer mer sollys, har de ogs? en lei tendens til at den fotokatalytiske evnen blir d?rligere. Med v?r l?sning, en absorberende film som fungerer separat, kan titanoksidet virke p? egenh?nd og bli utviklet for maksimal effekt. Det kan tenke bare p? kjemi, ikke absorbering av lys – for det tar filmen seg av, sier Hansen.
Det nye ved metoden Hansen og Nilsen skal ta i bruk, er at de setter sammen komponentene i den konverterende filmen p? en sv?rt fleksibel, men enkel og kontrollerbar m?te.
– Vi skal kombinere én komponent som absorberer lys med en annen komponent som kan gj?re det om til UV-lys. Vi har gjort fors?k med lignende systemer som tilsier at dette er mulig. I en artikkel i Communications Chemistry - Nature viser vi hvordan vi satte sammen et absorberende fargestoff med et konverteringslag, og det fungerte fint, sier Hansen.
En ny type kalsiumbatteri
Forsker Carmen Cavallo og professor Helmer Fjellv?g st?r bak prosjektet ?Calcium-Silicon alloy-based all-solid-state batteries (CalSiumbat)”, som ser n?rmere p? hvordan man kan bruke kalsium i stedet for litium i batterier. Ikke bare det, de vil ogs? takle en del utfordringer knyttet til bruken av rent kalsium. L?sningen deres er en legering av kalsium og silisium.
– Ettersp?rselen er s? stor at verden kommer til ? g? tom for litium i l?pet av ti ?r. I tillegg knytter det seg en rekke politiske, sosiale og etiske problemer til selve utvinningen av grunnstoffer til Li-ion-batterier, som hovedsakelig skjer i land som Kina, Den demokratiske republikken Kongo og i Latin-Amerika, forklarer Cavallo.
Kalsium er det femte mest vanlige grunnstoffet, og forekomsten av det er ganske jevnt fordelt rundt omkring p? jorda. Det finnes ikke som rent metall, men i ulike mineraler – for eksempel kalkstein og marmor.
– Tilgangen p? kalsium gj?r at det blir billigere ? utvinne. Et kalsiumbasert batteri vil v?re tryggere i bruk. Litiumbatterier kan i verste tilfelle eksplodere og ta fyr dersom de eksponeres for luft – det gj?r ikke kalsium, sier hun.
I fase én skal Cavallo og Fjellv?g utvikle den nye legeringen av kalsium og silisium, og n?r de forh?pentligvis f?r finansiert fase to, planlegger de et fullt prosjekt som skal ende med et faststoff kalsium-ion-batteri, med en spenning p? over 4 V (ganske parallelt med et Li-ion-batteri). Elektrolytten vil v?re av en polymer, men uten l?semidler og dermed heller ikke brennbar. Katoden vil p? sin side lages av forbindelsen berlinerbl? og inneholder ikke kobolt, og vil derfor heller ikke v?re giftig.
– Det er kanskje her prosjektet v?rt skiller seg ut blant det som er vanlig innen nyskapende, radikal forskning: Vi sikter mot et konkret sluttprodukt – en ny type batteri – ikke bare forskning p? enkelte bestanddeler eller prosesser, sier Cavallo, som har beskrevet kalsiumbatteriene n?rmere sammen med europeiske kollegaer i denne artikkelen i Journal of Power Sources.
Tverrfaglig tiln?rming til LED og solceller
Den tredje av SMN-tildelingene, prosjektet ?Radically new p-n heterojunction concept for novel photovoltaic, photocatalytic, and electrochemical energy conversion (RADICON)”, ledes av professor Truls Norby fra Kjemisk institutt i tverrfaglig 澳门葡京手机版app下载 med professor Lasse Vines og Andrej Kuznetsov fra Fysisk institutt.
Norby forklarer:
– Tradisjonelt lages halvlederkomponenter som dioder, transistorer, LED og solceller med fysiske, s?kalte “top-down” metoder. RADICON g?r helt nye veier basert p? likevektkjemi for ? lage dem “bottom-up”. Med dette kan man i prinsippet oppn? bedre stabilitet, billigere produksjon, og ny funksjonalitet.
Det er behov for nye materialer og prosesser for ? demonstrere at prinsippet fungerer, og det er dette RADICON skal gj?re i den f?rste fasen som n? er finansiert av 澳门葡京手机版app下载sr?det.
– Da skal vi fokusere p? energikonvertering mellom lys og elektrisitet i solceller og LED, samt integrasjon med kjemiske prosesser som luft- og vannrensing og nye typer brenselceller. Teknologiene kan danne grunnlag for ny halvlederindustri og ha betydning for flere av FNs b?rekraftm?l knyttet til energi, klima, milj? og helse, sier Norby.
Vebj?rn Bakken, direkt?r for UiO:Energi, er imponert over uttellingen til SMN-senteret i tildelingen av de radikalt nyskapende forskningsprosjektene.
– Prosjektene representerer det som m? kalles tematisk grunnforskning. Det er konsepter som krever fundamental forst?else av energimaterialene som inng?r, og det blir sv?rt spennende ? se hvor mange av dem som f?r videre finansiering etter gjennomf?rt f?rste fase.