Energiteknologi

Forskere bygger verdens første neutronmikroskop, der kan se ind i batterier

Ved hjælp af verdens kraftigste neutronkilde og teknologi fra rumteleskoper vil DTU-forskere skabe et unikt mikroskop, der kan kigge ind i batterier og se, hvad der sker, når de nedbrydes. Det kan skabe bedre batterimaterialer i fremtiden.

Et spejl til neutronmikroskopet er kun få nanometer tykt og ekstremt svært at fremstille. Spejlet er 10 cm langt og har en krumningsradius på to cm. Foto: Luise Theil Kuhn

fredag 06 marts 2026

Sole Bugge Møller

Simon Koefoed Toft

Enhver der har haft en gammel mobiltelefon eller bærbar har oplevet, at batteriet efter nogle år hurtigt løber tør for strøm. Men hvad sker der egentlig inde i batteriet, når det begynder at degradere? Det ved vi kun delvist, men nu skal et nyt forskningsprojekt på DTU gøre det muligt at kigge direkte ind i batteriet for at forstå, hvordan det nedbrydes.

Professor Luise Theil Kuhn fra DTU Energy står sammen med DTU Fysik i spidsen for projektet, der skal bygge et såkaldt neutronmikroskop og som er finansieret af Novo Nordisk Fonden.

”Udfordringen er, at der ikke findes et godt mikroskop til at kigge ind i batterier. Men det vil vi ændre,” siger Luise Theil Kuhn.

”Vi har en masse simuleringer af, hvad der foregår i et batteri, men det er enormt svært at måle i 3D og i realtid, mens det sker. Det har været en teknologisk showstopper, men vores neutronmikroskop vil kunne bekræfte, om de modeller vi har, er korrekte,” fortæller hun.

Neutroner danner billeder

Neutroner er neutrale partikler, der kan trænge igennem materialer, hvor lys og røntgenstråler må give op. Der skal faktisk to meter beton til at stoppe neutroner. Det betyder, at forskerne kan se ind i hele komponenter – som batterier eller elektrolyseceller – mens de kører og uden at åbne dem op. Det er afgørende for at forstå, hvorfor materialer nedbrydes over tid, og hvordan vi kan udvikle mere holdbare og sikre energiteknologier.

”Neutronerne er dine billeddannere. Så ligesom du har røntgen hos tandlægen, som kan vise, hvordan der ser ud i din tand, så er det her neutronerne, der laver billedet, som viser dig, hvordan det ser ud inde i battericellen, mens den kører,” siger Luise Theil Kuhn.

Fakta

European Spallation Source - ESS

ESS er en fælles europæisk forskningsinfrastruktur, der er under opførelse uden for Lund i Sverige.

Ved hjælp af en partikelaccelerator får ESS en stråle af protoner op på 96% af lysets hastighed. Protonerne kolliderer med et mål af tungmetallet wolfram, hvilket slår et stort antal neutroner fri fra metallet. Det er denne kernefysiske reaktion, der kaldes spallation.

Neutronerne, der slås ud af wolfram-målet, bremses ned til omkring lydens hastighed og dirigeres gennem rør til en række videnskabelige instrumenter – for eksempel det neutronmikroskop, som Luise Theil Kuhn og hendes kollegaer arbejder på.

Data fra instrumenterne overføres til ESS’ Data Management & Scientific Computing centre, der har hjemme på DTU i Lyngby. Her kan de meget store mænger data behandles og bruges til forskning.

Opførslen af ESS begyndte i 2014 og infrastrukturen forventes at være fuldt funktionsdygtig i 2028.

Forskningsinfrastruktur til milliarder

I Lund i Sverige er man ved at bygge verdens kraftigste neutronkilde, European Spallation Source (ESS), som Danmark og Sverige er værter for. Det er i denne forskningsinfrastruktur, som forventes at løbe op i omkring 17 milliarder kroner, at Luise Theil Kuhn og hendes kolleger vil installere deres prototype.

Hvis projektet lykkes, vil deres neutronmikroskop koncentrere neutronstrålen fra ESS, så den vil være 100 gange kraftigere og dermed kunne se detaljer ned til mindst 1/50 af et menneskehår.

Det skyldes bl.a. et samarbejde med CHEXS, et DTU-spinout der normalt laver spejle til røntgenteleskoper for NASA og ESA, men som kan tilpasses til et neutronmikroskop.

”Spejlene skal være af meget høj kvalitet med nogle kurvede, tynde metallag. Samtidig skal de være meget glatte og er kun få nanometer tykke, så de er sindssygt svære at fremstille – det er nærmest kun CHEXS og NASA, der kan lave dem,” siger Luise Theil Kuhn.

Når mikroskopet står klar, kan det optage 3D-film af, hvordan materialer ændrer sig i realtid. Det kan være litium-ion-batterier som bliver brugt i alt fra mobiltelefoner til elbiler, men også elektrolyseceller, der skal bruges i Power-to-X-anlæg.

På længere sigt skal neutronmikroskopet installeres på ESS og være tilgængelig for forskere fra hele verden.

“Hvis vi kan se, hvad der sker inde i materialerne, mens de arbejder, kan vi fremover udvikle bedre batterier og mere effektive elektrolyseceller og i sidste ende accelerere den grønne omstilling,” siger Luise Theil Kuhn.

Kontakt

Luise Theil Kuhn Deputy Head of Department, Head of Section, Professor Institut for Energikonvertering og -lagring Mobil: 5141 9371 luku@dtu.dk