Anode/Katode Materialespecialist

En anode/katode materialespecialist arbejder med det, der gemmer energien i et batteri. Katoden er den positive elektrode, ofte et lithium-metaloxid. Anoden er den negative, typisk grafit eller silicium. Specialisten laver materialerne, måler dem og forbedrer dem.

Meget af arbejdet foregår i handskeboks. Lithium reagerer voldsomt med luft og vand. Derfor bygges celler i argonatmosfære med under 1 ppm ilt og fugt.

Typiske opgaver

• Syntetisere katodepulvere, fx NMC, LFP eller natrium-baserede alternativer
• Justere partikelstørrelse, morfologi og coating på pulverkorn
• Blande slurry af aktivt materiale, ledende kulstof og binder
• Coate elektroder på folie med rakel eller slot-die og kalandrere dem
• Samle møntceller og pouchceller til test
• Køre cykling i klimakammer og måle kapacitetstab over hundredvis af cyklusser
• Lave EIS-målinger for at følge modstand og SEI-lagets vækst
• Åbne døde celler og finde ud af, hvorfor de døde
• Karakterisere med XRD, SEM og ICP for at koble struktur til ydeevne
• Skrive rapporter, patentansøgninger og artikler

En almindelig arbejdsdag
Rytmen er langsom. En celletest kan køre i tre måneder, før den siger noget. Derfor har man mange forsøg i gang samtidig og bruger meget tid på dataanalyse mellem dem.

En typisk dag: tjek natten cykledata om morgenen, bland en ny slurry før frokost, coat og tør elektroder om eftermiddagen. Cellesamling sker ofte sidst på dagen i handskeboksen.

Anode kontra katode
De fleste specialiserer sig i den ene side. Katodefolk arbejder med højtemperatursyntese, overgangsmetaller og strukturstabilitet. Anodefolk arbejder oftere med silicium, volumenudvidelse, SEI-kemi og lithium-metal. Kompetencerne overlapper, men litteraturen og problemerne er forskellige.

Hvor arbejder de?
I Danmark er DTU Energi det største miljø, sammen med Aarhus Universitet og SDU. Haldor Topsoe arbejder med katodematerialer og batterikemi. Danmarks Tekniske Universitet og Teknologisk Institut har testfaciliteter, som virksomheder køber sig ind på.

Uden for Danmark er markedet meget større. Northvolt-miljøet i Sverige, Umicore og BASF i Belgien og Tyskland, samt celleproducenter i Asien ansætter mange. Andre kompetencenære brancher er brændselsceller, elektrolyse og katalyse.

Hvilken lovgivning dækker denne rolle?
EU's batteriforordning stiller krav om CO2-aftryk, genanvendt indhold og digitalt batteripas. Det påvirker direkte, hvilke materialer og leverandører man må vælge. Kemikalierne i laboratoriet er omfattet af EU's REACH-forordning og CLP-forordningen, som Miljøstyrelsen administrerer i Danmark. Arbejde med lithiumsalte, NMP og elektrolytter kræver kemisk risikovurdering og APV efter Arbejdstilsynets regler om stoffer og materialer. Forsendelse af færdige celler er reguleret af ADR-reglerne for farligt gods, hvor lithiumbatterier hører under klasse 9.

Der findes ingen dansk uddannelse, der hedder anode/katode materialespecialist. Man kommer ind via kemi, materialevidenskab eller fysik.

Den almindelige vej

• Gymnasial baggrund med Matematik A, Kemi B og Fysik B
• Bachelor i kemi, kemiteknologi, materialeteknologi eller fysik, 3 år
• Kandidat med speciale i elektrokemi, faststofkemi eller materialefysik, 2 år

DTU udbyder Kemi og Teknologi samt Fysik og Nanoteknologi med batterispor. Københavns Universitet og Aarhus Universitet har kemi med faststof- og elektrokemidele. Aalborg Universitet og SDU har materiale- og energiretninger. Samlet fem år efter gymnasiet.

Ph.d. er reelt normen
Mange stillinger med ordet specialist forudsætter en ph.d. Det er tre år oveni kandidaten. Årsagen er, at faget kræver dyb erfaring med syntese og karakterisering, som man sjældent når på et speciale alene. Til produktionsnære roller i kvalitet og opskalering er ph.d. ikke nødvendig.

Alternative veje ind i faget

• Fra katalyse eller brændselsceller. Pulversyntese, XRD og elektrokemi er de samme discipliner.
• Fra procesteknik i kemisk industri. Her kommer man ind via opskalering fra gram til ton.
• Fra laborantuddannelsen. Professionsbachelor som laborant giver adgang til testlaboratorier, og mange bygger videre med en diplom- eller kandidatgrad.
• Fra korrosion og overfladebehandling. Elektrokemisk måleteknik overføres direkte.

Hvad arbejdsgivere kigger efter

• Praktisk erfaring med handskeboks og cellesamling, ikke kun teori
• Dokumenteret erfaring med mindst én karakteriseringsteknik i dybden
• Evnen til at tolke cykledata og skelne signal fra dårlig cellebygning
• Reproducerbarhed. Kan du bygge tyve ens celler?
• Engelsk på arbejdsniveau, da al faglitteratur og alle leverandører er internationale
• Kemisk arbejdsmiljøkursus efter Arbejdstilsynets krav, hvis man håndterer NMP og elektrolytter

Faget er udstyrstungt. Meget af det står i delte faciliteter, man booker tid på.

Cellebygning og test

• Handskeboks med argon, typisk MBraun eller Jacomex
• Potentiostat og cykler fra Biologic, Neware, Arbin eller Maccor
• Klimakamre til test ved fx minus 20 og plus 45 grader
• Rakel- og slot-die-coater samt kalander til elektroder
• Møntcellepresse og pouch-forsegler

Materialesyntese

• Rørovne og muffelovne til calcinering
• Kuglemølle til partikelstørrelse og blanding
• Sprøjtetørrer og co-precipitationsreaktor til katodeprækursorer
• Vakuumovn til tørring af elektroder før cellesamling

Karakterisering

• XRD til krystalstruktur, gerne med in situ-celle
• SEM og TEM med EDS til morfologi og grundstoffordeling
• XPS til overfladekemi og SEI-lag
• ICP-OES eller ICP-MS til sammensætning
• BET til overfladeareal og partikelanalyse med laserdiffraktion
• TGA og DSC til termisk stabilitet og sikkerhed

Data og modellering

• Python med NumPy og pandas til at behandle cykledata
• Origin eller Matplotlib til grafer
• COMSOL Multiphysics eller PyBaMM til cellemodeller
• DFT-værktøjer som VASP eller Quantum ESPRESSO i forskningsmiljøer
• Elektronisk labjournal og LIMS til sporbarhed