We are facing an important challenge, to reduce the greenhouse gas emissions to make sure that we limit global warming to 2 °C, preferably 1.5 °C. Drastic changes and developing new methods may be our only chance to keep global warming under 1.5 °C. The steel production in Sweden today accounts for 10% of the CO2 emission. The joint venture HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology), between SSAB, LKAB and Vattenfall, aims to reduce the CO2 emission by developing a method that reduces iron ore pellets with hydrogen gas, leaving only water as off-gas. From simple thermodynamic calculations, it is evident that the reduction of iron ore using hydrogen gas is an endothermic reaction, requiring heat. Based on the calculated energy requirement, the temperature at the center of the pellet should not be the same as the temperature at the surface of the pellet but instead, decrease as the reduction reaction takes place. This report presents the temperature profile at the surface and in the center of a hematite pellet during hydrogen reduction at temperatures of 600 °C, 700 °C, 800 °C and 900 °C. Ideally, the results can be implemented in a model to better simulate the reduction reaction taking place inside a hematite pellet. The experiment consists of three sub-experiments, the first measures the temperature profile of the unreduced iron ore pellet in an argon gas atmosphere, secondly, the temperature profile and mass loss are measured during reduction, lastly, the temperature profile is measured for the reduced pellet in a hydrogen atmosphere. The mass loss measured during hydrogen reduction is used to calculate the degree of reduction. The results show that the reaction rate increases with increasing temperature and concentration of H2. Additionally, a higher reduction temperature gives the largest temperature decrease inside the pellet during reduction. At 900 °C, the temperature decrease is equal to 39 °C and at 600 °C, it is equal to 3 °C. The results prove that after a certain initial stage, gas diffusion and heat conduction through the product layers play important roles in controlling the reaction rate. There is even a period where a plateau of the reduction is observed, the reaction is mostly controlled by heat transfer. / Idag står vi inför en viktig utmaning, att minska utsläppen av växthusgaser och se till så att vi inte överskrider 2 °C uppvärmning, helst inte 1.5 °C. För att klara detta krävs drastiska förändringar och utvecklingar av nya metoder kan vara vår enda chans att uppnå 1.5-gradersmålet. Ståltillverkningen i Sverige idag står för 10% av CO2 utsläppen och för att bidra till att minska utsläppen av CO2 har företaget HYBRIT, vilket står för Hydrogen Brakethrough Ironmaking Technology, skapats. HYBRIT är en joint venture mellan SSAB, LKAB och Vattenfall som tillsammans vill skapa stål på ett mer miljövänligt sätt. Processen går ut på att reducera järnmalmspellets med hjälp av vätgas för att producera järnsvamp och ge ifrån sig vatten som avgas. Från enkla termodynamiska beräkningar är det lätt att inse att reduktionen med hjälp av vätgas är en endoterm process, som kräver energi. Det är genom denna kunskap som en kan föreställa sig att reduktionen av järnmalmspellets med hjälp av vätgas kommer bidra till en temperaturminskning. I denna rapport har temperaturprofilen inne i och på ytan av en hematitpellet mätts under tiden som den blivit reducerad med vätgas. Idealt kan resultaten implementeras i en modell för att bättre simulera reduktionsreaktionen som äger rum i en hematitpellets. Fyra olika reduktionstemperaturer har undersökts: 600 °C, 700 °C, 800 °C och 900 °C. Experimenten består av tre del-experiment, först mäts temperaturprofilen av den oreducerad hematitpelletsen i en argonatmosfär, sedan mäts viktminskningen och temperaturprofilen av pelleten medan den reduceras i en vätgasatmosfär, slutligen mäts temperaturprofilen av den reducerade pelleten i en argonatmosfär. Viktminskningen under reduktionen används för att beräkna reduktionsgraden under reduktionsförloppet. Resultaten visade att reduktionshastigheten ökade med ökande temperatur och koncentration av H2. Ökad temperatur gav även den största temperaturminskningen inne i pelleten då den reducerats med vätgas. Vid 900 °C uppmätes en temperaturminskning på 39 °C, varav reduktion vid 600 °C gav en temperaturminskning på 3 °C. Resultaten visar att efter en viss tids reduktion, spelar gasdiffusionen och värmeledningen genom produktlagret en viktig roll och är det som begränsar reduktions-hastigheten. Fortsatt, då hematitpelleten reducerades uppstod en platå där temperaturen var konstant och reaktionen till största delen var begränsad av värmeledningen genom produktlagret.

An urgent transformation from fossil fuels to cleaner energy sources to combat climate change has led to the utilization of renewable energies like solar, wind, and tidal power. However, the intermittency of these sources hinders their wider implementation. To address this, large-scale electrical energy storage (EES) systems are needed. These systems store excess energy during periods of surplus and release it during peak demand, enhancing grid reliability. Secondary batteries have been developed as promising EES solutions due to their reliability, independence from weather, and ease of maintenance. While lithium-ion batteries (LIBs) are popular as secondary batteries, their limited lithium supply, and rising costs demand for cost-effective alternatives. This study focuses on developing sodium iron fluorophosphate (Na2FePO4F) as a promising cathode material for SIBs. Because of its iron-based composition, which is generated from sustainable sources, Na2FePO4F offers a potential solution to the cost and supply difficulties related with LIBs. However, challenges exist, including low electronic conductivity and inferior electrochemical performance. To address these challenges, this research explores mechanochemically assisted solid-state synthesis routes as a low-cost and environmentally friendly approach. The characterization and performance evaluation of Na2FePO4F (NFPF) and NFPF/C positive electrode materials for sodium-ion batteries (SIBs) were systematically investigated through a range of analytical techniques, including XRD, TGA, SEM-EDS, FT-IR, and Raman analyses. A single-step solid-state synthesis demonstrates effectiveness in producing NFPF and NFPF/C-positive electrode materials. Moreover, Fe2O3 nanoparticles serve as the primary iron source in the solid-state synthesis of iron-based fluorophosphate Na2FePO4F/C, successfully producing both NFPF pristine phase and NFPF carbon-coated active materials. Finally, a comparison between the two synthesis pathways reveals that the active material from single-step solid-state synthesis exhibits a superior initial discharge specific capacity of 74.24 mAh⋅g−1 at 0.005 C, outperforming the double-step solid-state synthesis. These findings can contribute to the development of affordable and sustainable energy storage solutions, offering alternatives to traditional LIBs. / En akut omvandling från fossila bränslen till renare energikällor för att bekämpa klimatförändringarna har lett till ett utnyttjande av förnybar energi som sol-, vind- och tidvattenkraft. Emellertid hindrar dessa källors intermittenser deras bredare genomförande. För att komma till rätta med detta behövs storskaliga system för lagring av elektrisk energi (EES). Dessa system lagrar överskottsenergi under perioder med överskott och släpper ut den under toppbelastning, vilket förbättrar nätets tillförlitlighet. Sekundära batterier har utvecklats som lovande EES-lösningar på grund av deras tillförlitlighet, väderberoende och enkla underhåll. Medan litiumjonbatterier (LIB) är populära som sekundära batterier, kräver deras begränsade litiumtillgång och stigande kostnader kostnadseffektiva alternativ. Denna studie fokuserar på att utveckla natriumjärnfluorfosfat (Na2FePO4F) som ett lovande katodmaterial för SIB. På grund av sin järnbaserade sammansättning, som genereras från hållbara källor, erbjuder Na2FePO4F en potentiell lösning på kostnads- och försörjningssvårigheter relaterade till LIB. Men det finns utmaningar, inklusive låg elektronisk konduktivitet och sämre elektrokemisk prestanda. För att möta dessa utmaningar undersöker denna forskning mekanokemiskt assisterade syntesvägar i fast tillstånd som ett billigt och miljövänligt tillvägagångssätt. Karakteriseringen och prestandautvärderingen av Na2FePO4F (NFPF) och NFPF/C positiva elektrodmaterial för natriumjonbatterier (SIB) undersöktes systematiskt genom en rad analytiska tekniker, inklusive XRD, TGA, SEM-EDS, FT-IR och Raman analyser. En enstegs solid state-syntes visar effektivitet vid framställning av NFPF och NFPF/C-positiva elektrodmaterial. Dessutom tjänar Fe2O3-nanopartiklar som den primära järnkällan i solid state-syntesen av järnbaserat fluorfosfat Na2FePO4F/C, vilket framgångsrikt producerar både NFPF orörd fas och NFPF kolbelagda aktiva material. Slutligen avslöjar en jämförelse mellan de två syntesvägarna att det aktiva materialet från enstegs-solid-state-syntes uppvisar en överlägsen initial urladdningsspecifik kapacitet på 74,24 mAh⋅g−1 vid 0,005 C, vilket överträffar dubbelstegs-solid-state-syntesen. Dessa resultat kan bidra till utvecklingen av prisvärda och hållbara energilagringslösningar, som erbjuder alternativ till traditionella LIB.