Захранването с електричество на лампите в този театър беше генерирано само преди няколко минути. При положението в момента, търсенето на електричество трябва да бъде в постоянен баланс с доставянето на електричество. Ако по времето, за което дойдох тук, на тази сцена, няколко десетки мегавата енергия от вятъра спрат да захранват мрежата, разликата трябва да бъде незабавно компенсирана от други генератори. Но заводите, които обработват въглища, ядрените заводи не могат да реагират достатъчно бързо. Гигантска батерия може да реагира. С гигантска батерия ще можем да решим проблема за прекъсването на електрически ток, който спира захранването на мрежата от вятъра и слънцето, по същия начин, по който въглищата, газа и ядрената енергия я захранват сега.
The electricity powering the lights in this theater was generated just moments ago. Because the way things stand today, electricity demand must be in constant balance with electricity supply. If in the time that it took me to walk out here on this stage, some tens of megawatts of wind power stopped pouring into the grid, the difference would have to be made up from other generators immediately. But coal plants, nuclear plants can't respond fast enough. A giant battery could. With a giant battery, we'd be able to address the problem of intermittency that prevents wind and solar from contributing to the grid in the same way that coal, gas and nuclear do today.
Както виждате, тук батерията е ключовото устройство. С нея можем да извличаме електричество от слънцето дори когато то не свети. И това променя всичко. Поради това възобновяемата енергия, като например вятъра и слънцето, идва от крилата на вятърната мелница тук, на централната сцена. Днес искам да ви разкажа за такова устройство. То се нарича течна метална батерия. Това е нова форма за съхранение на енергия, която изобретих в MIT заедно с екип от мои студенти и докторанти.
You see, the battery is the key enabling device here. With it, we could draw electricity from the sun even when the sun doesn't shine. And that changes everything. Because then renewables such as wind and solar come out from the wings, here to center stage. Today I want to tell you about such a device. It's called the liquid metal battery. It's a new form of energy storage that I invented at MIT along with a team of my students and post-docs.
Сега темата на конференцията на TED за тази година е Пълен спектър. OED дефинира спектъра като "Целият обхват от дължини на вълни елетромагнитно излъчване от най-дългите радио вълни до най-късите гама лъчи при които обхватът от видима светлина е само малка част." И така, не съм тук днес само за да ви кажа как екипът ми в MIT намери в природата решение за един от най-големите световни проблеми. Искам да разгледам целия спектър и да ви разкажа как, в процеса на разработване на тази нова технология открихме някои изненадващи различия, които могат да служат като уроци за иновация, идеи, които си струва да бъдат разпространени. И както знаете, за да изведем тази страна от сегашната енергийна ситуация, ние не можем просто да дискутираме извеждането й; не можем просто да я изкараме; не можем да бомбардираме извеждането й. Ще го направим по старомодния американски начин, ще изобретим, как да я изведем, като работим заедно.
Now the theme of this year's TED Conference is Full Spectrum. The OED defines spectrum as "The entire range of wavelengths of electromagnetic radiation, from the longest radio waves to the shortest gamma rays of which the range of visible light is only a small part." So I'm not here today only to tell you how my team at MIT has drawn out of nature a solution to one of the world's great problems. I want to go full spectrum and tell you how, in the process of developing this new technology, we've uncovered some surprising heterodoxies that can serve as lessons for innovation, ideas worth spreading. And you know, if we're going to get this country out of its current energy situation, we can't just conserve our way out; we can't just drill our way out; we can't bomb our way out. We're going to do it the old-fashioned American way, we're going to invent our way out, working together.
(Аплодисменти)
(Applause)
Сега нека да започнем. Батерията беше изобретена преди около 200 години от професор, Алесандро Волта, в университета в Падуа в Италия. Неговото изобретение даде началото на нова област от науката, електрохимия, и на нови технологии като например електродекомпозиция. Може би незабелязано, изобретяването на батерията от Волта също така за пръв път демонстрира ползата от това, да бъдеш професор. (Смях) Преди Волта, никой не можеше да си представи, че един професор може да бъде полезен.
Now let's get started. The battery was invented about 200 years ago by a professor, Alessandro Volta, at the University of Padua in Italy. His invention gave birth to a new field of science, electrochemistry, and new technologies such as electroplating. Perhaps overlooked, Volta's invention of the battery for the first time also demonstrated the utility of a professor. (Laughter) Until Volta, nobody could imagine a professor could be of any use.
Ето първата батерия - куп от монети, цинк и сребро, разделени от мукава, накисната в солен разтвор. Това е началото на произвеждането на батерия - два електрода, в този случай от метал с различен състав, и електролит, в този случай сол разтворена във вода. Науката е толкова проста. Извинете ме, пропуснах някои подробности.
Here's the first battery -- a stack of coins, zinc and silver, separated by cardboard soaked in brine. This is the starting point for designing a battery -- two electrodes, in this case metals of different composition, and an electrolyte, in this case salt dissolved in water. The science is that simple. Admittedly, I've left out a few details.
Сега ви научих, че науката за батерията е проста и че съхраняването в мрежа е задължително, но факт е, че сега просто няма технология на батерия, която може да покрие големите изисквания за работа на мрежата - именно необикновено голяма енергия, дълъг живот на обслужване и много ниска цена. Трябва да мислим за проблема по различен начин. Трябва да мислим широкомащабно, трябва да мислим евтино.
Now I've taught you that battery science is straightforward and the need for grid-level storage is compelling, but the fact is that today there is simply no battery technology capable of meeting the demanding performance requirements of the grid -- namely uncommonly high power, long service lifetime and super-low cost. We need to think about the problem differently. We need to think big, we need to think cheap.
И така, нека да излезем от парадигмата да търсим най-великата химия и да проследим кривата на цената като просто правим повече и повече от даден продукт. Вместо това, нека намерим оптималната цена на пазара на електричество. И така, това значи, че някои части от периодичната таблица са по презумция извън границите. Тази батерия трябва да бъде направена от земни елементи които са в изобилие. Казвам, че ако искате да направите нещо много евтино, направете го от пръст - (Смях) за предпочитане мърсотия, която може да бъде намерена наблизо. И трябва да можем да построим това, като използваме производствени техники и заводи, които не са скъпи.
So let's abandon the paradigm of let's search for the coolest chemistry and then hopefully we'll chase down the cost curve by just making lots and lots of product. Instead, let's invent to the price point of the electricity market. So that means that certain parts of the periodic table are axiomatically off-limits. This battery needs to be made out of earth-abundant elements. I say, if you want to make something dirt cheap, make it out of dirt -- (Laughter) preferably dirt that's locally sourced. And we need to be able to build this thing using simple manufacturing techniques and factories that don't cost us a fortune.
И така, преди шест години започнах да мисля за този проблем. И за да възприема свежа перспектива, потърсих въодушевление извън областта на съхранение на енергия. Всъщност, разгледах технология, която нито съхранява, нито генерира електричество, а вместо това, употребява електричество в голям размер. Говоря за производството на алуминий. Процесът беше изобретен през 1886 г. от двама 22 годишни момчета, Хол в Съединените щати и Херолт във Франция. И точно няколко години след тяхното откритие, алуминият се измени от скъп метал, който струва колкото среброто, до прост структурен материал.
So about six years ago, I started thinking about this problem. And in order to adopt a fresh perspective, I sought inspiration from beyond the field of electricity storage. In fact, I looked to a technology that neither stores nor generates electricity, but instead consumes electricity, huge amounts of it. I'm talking about the production of aluminum. The process was invented in 1886 by a couple of 22-year-olds -- Hall in the United States and Heroult in France. And just a few short years following their discovery, aluminum changed from a precious metal costing as much as silver to a common structural material.
Гледате в клетъчната къща на модерна алуминиева топилня. Тя е широка около 50 фута и има дължина около половин миля - ред след ред клетки, които отвътре наподобяват батерията на Волта, с три важни разлики. Батерията на Волта работи при стайна температура. Тя има твърди електроди и електролит, който е разтвор на сол и вода. Клетката на Хол - Херолт работи при висока температура, температура, която е достатъчно висока, при което металът алуминий става течност. Електролитът не е разтвор на сол и вода, а разтопена сол. Точно тази комбинация от течен метал, разтопена сол и висока температура, ни позволява да изпращаме ток с висока честота през това нещо. Сега можем да произвеждаме чист метал от руда на цена по-малко от 50 цента от британска лира. Това е икономическото чудо на съвременната електрометалургия.
You're looking at the cell house of a modern aluminum smelter. It's about 50 feet wide and recedes about half a mile -- row after row of cells that, inside, resemble Volta's battery, with three important differences. Volta's battery works at room temperature. It's fitted with solid electrodes and an electrolyte that's a solution of salt and water. The Hall-Heroult cell operates at high temperature, a temperature high enough that the aluminum metal product is liquid. The electrolyte is not a solution of salt and water, but rather salt that's melted. It's this combination of liquid metal, molten salt and high temperature that allows us to send high current through this thing. Today, we can produce virgin metal from ore at a cost of less than 50 cents a pound. That's the economic miracle of modern electrometallurgy.
То привлече и задържа вниманието ми в тази област и започнах да мисля за изобретяване на батерия, която може да обхване такова гигантско намаление на разходите. И го направих. Направих батерията изцяло течна - течен метал за двата електрода и разтопена сол за електролита. Ще ви покажа как. И така, отгоре сложих течен метал с ниска концентрация, на дъното сложих течен метал с висока концентрация и между тях сложих разтопена сол.
It is this that caught and held my attention to the point that I became obsessed with inventing a battery that could capture this gigantic economy of scale. And I did. I made the battery all liquid -- liquid metals for both electrodes and a molten salt for the electrolyte. I'll show you how. So I put low-density liquid metal at the top, put a high-density liquid metal at the bottom, and molten salt in between.
И така, сега, как да изберем металите? За мен, моделирането винаги започва тук, с периодичната таблица, съставена от друг професор, Димитри Менделеев. Всичко, което знаем, е направено от някаква комбинация, която виждате изобразена тук. И това включва телата ни. Спомням си за момента, когато търсех няколко метала, които отговарят на нуждата за земно изобилие и имат различна плътност и висока взаимна активност. Почувствах се въодушевен, когато разбрах, че ще намеря отговора. Магнезий за горния слой. И антимон за слоя на дъното. Както знаете, трябва да ви кажа една от най-големите ползи от това, да бъдеш професор: цветен тебешир.
So now, how to choose the metals? For me, the design exercise always begins here with the periodic table, enunciated by another professor, Dimitri Mendeleyev. Everything we know is made of some combination of what you see depicted here. And that includes our own bodies. I recall the very moment one day when I was searching for a pair of metals that would meet the constraints of earth abundance, different, opposite density and high mutual reactivity. I felt the thrill of realization when I knew I'd come upon the answer. Magnesium for the top layer. And antimony for the bottom layer. You know, I've got to tell you, one of the greatest benefits of being a professor: colored chalk.
(Смях)
(Laughter)
И така, за да произвежда ток, магнезият изгубва два електрона, за да стане магнезиев йон, който мигрира през електролита, приема два електрона от антимона, и след това се съединява с него, за да образува смес. Електроните работят в реалния свят, като захранват устройствата ни. Сега, за да заредим батерията, я свързваме с източник на електричество. Това може да бъде нещо като ферма за вятър. След това обръщаме тока. И това принуждава магнезия да излезе от сместа и да се върне към горния електрод, при което се възстановява първоначалния състав на батерията. Токът, който протича между електродите, генерира достатъчно топлина, за да запази необходимата температура.
So to produce current, magnesium loses two electrons to become magnesium ion, which then migrates across the electrolyte, accepts two electrons from the antimony, and then mixes with it to form an alloy. The electrons go to work in the real world out here, powering our devices. Now to charge the battery, we connect a source of electricity. It could be something like a wind farm. And then we reverse the current. And this forces magnesium to de-alloy and return to the upper electrode, restoring the initial constitution of the battery. And the current passing between the electrodes generates enough heat to keep it at temperature.
Това е много хубаво, поне на теория. Но дали действително работи? И така, какво да направим след това? Отиваме в лабораторията. Сега, да наема ли сезонни служители? Не, наемам студент и го обучавам, как да мисли за проблема, да го види от моята гледна точка и след това го оставям. Това е този студент, Дейвид Брадуел, който на тази снимка мисли, дали това нещо някога ще проработи. Но това, което тогава не казах на Дейвид, беше че аз не бях убеден, че то ще работи.
It's pretty cool, at least in theory. But does it really work? So what to do next? We go to the laboratory. Now do I hire seasoned professionals? No, I hire a student and mentor him, teach him how to think about the problem, to see it from my perspective and then turn him loose. This is that student, David Bradwell, who, in this image, appears to be wondering if this thing will ever work. What I didn't tell David at the time was I myself wasn't convinced it would work.
Но Дейвид е млад и е умен, и иска професорска титла, и той започна да конструира - (Смях) Той започна да конструира първата батерия от течен метал от тази химия. И въз основа на първоначалните обещаващи резултати на Дейвид, които бяха платени, с пари от MIT, можах да привлека голямо финансиране за изследване от частния сектор и федералното правителство. И това ми позволи да разширя групата до 20 човека, която се състои от завършили студенти, аспиранти и дори някои студенти.
But David's young and he's smart and he wants a Ph.D., and he proceeds to build -- (Laughter) He proceeds to build the first ever liquid metal battery of this chemistry. And based on David's initial promising results, which were paid with seed funds at MIT, I was able to attract major research funding from the private sector and the federal government. And that allowed me to expand my group to 20 people, a mix of graduate students, post-docs and even some undergraduates.
И можах да привлека наистина, наистина способни хора, хора, които споделят страстта ми към наука и служба на обществото, а не наука и служба за изграждане на кариера. И ако попитате тези хора, защо те разработват батерия от течен метал, отговорът им ще ви върне към бележките на президента Кенеди в университета в Райс през 1962 г., когато той каза - и тук преразказвам свободно - "Избираме да разработваме съхранение на енергия в мрежа не защото е лесно, а защото е трудно."
And I was able to attract really, really good people, people who share my passion for science and service to society, not science and service for career building. And if you ask these people why they work on liquid metal battery, their answer would hearken back to President Kennedy's remarks at Rice University in 1962 when he said -- and I'm taking liberties here -- "We choose to work on grid-level storage, not because it is easy, but because it is hard."
(Аплодисменти)
(Applause)
И така, това е еволюцията на батерията от течен метал. Започваме с работна клетка с един ват - час. Нарекох го измервателната колба. Разработихме над 400 клетки, като усъвършенствахме работата им с множество химически вещества - не само магнезий и антимон. В процеса на разработка измерихме клетка с до 20 ват - часа. Наричам това хокейна шайба. И получихме същите забележителни резултати. И тогава резултатът беше на лице. Това са 200 ват - часа. Технологията се оказа издръжлива и стабилна. Но скоростта ни не беше достатъчно голяма. И така, преди година и половина, Дейвид и аз, и още един член на изследователския екип, създадохме компания, която да ускори напредъка и да участва в конкуренцията за създаване на продукт.
So this is the evolution of the liquid metal battery. We start here with our workhorse one watt-hour cell. I called it the shotglass. We've operated over 400 of these, perfecting their performance with a plurality of chemistries -- not just magnesium and antimony. Along the way we scaled up to the 20 watt-hour cell. I call it the hockey puck. And we got the same remarkable results. And then it was onto the saucer. That's 200 watt-hours. The technology was proving itself to be robust and scalable. But the pace wasn't fast enough for us. So a year and a half ago, David and I, along with another research staff-member, formed a company to accelerate the rate of progress and the race to manufacture product.
И така, сега, в LMBC, изграждаме клетки с 16-инчов диаметър с капацитет един киловат - час - 1 000 пъти повече от капацитета на първоначалната клетка измервателна колба. Наричаме това пицата. И тогава получихме четири киловат - часа клетка на хоризонта. Тя е 36 инча в диаметър. Наричаме това масата в бистрото, но това все още не е готово за разглеждане в прайм - тайм. Един вариант на технологията ни накара да съберем купчината от неща на масата в модули, като събрахме модулите в гигантска батерия, която се побира в 40-футов контейнер за доставки, за да я сложим на полето. Това има капацитет от два мегават - часа - два милиона ват - часа. Това е достатъчна енергия, за да се покрие дневната нужда от електричество на 200 американски домакинства. И така, имаме съхранение на електричество в мрежа: тихо, без емисии, без движещи се части, управлявано дистанционно, предназначено за оптималната пазарна цена без субсидия.
So today at LMBC, we're building cells 16 inches in diameter with a capacity of one kilowatt-hour -- 1,000 times the capacity of that initial shotglass cell. We call that the pizza. And then we've got a four kilowatt-hour cell on the horizon. It's going to be 36 inches in diameter. We call that the bistro table, but it's not ready yet for prime-time viewing. And one variant of the technology has us stacking these bistro tabletops into modules, aggregating the modules into a giant battery that fits in a 40-foot shipping container for placement in the field. And this has a nameplate capacity of two megawatt-hours -- two million watt-hours. That's enough energy to meet the daily electrical needs of 200 American households. So here you have it, grid-level storage: silent, emissions-free, no moving parts, remotely controlled, designed to the market price point without subsidy.
И така, какво научихме от всичко това? (Аплодисменти) И така, какво научихме от всичко това? Нека споделя с Вас някои от изненадите, различията. Те са извън видимото. Температура: Една мъдрост гласи: установете ниска температура, на или близо до стайната и инсталирайте система за управление, която да я поддържа. Избягвайте намаляване на температурата. Батерията от течен метал е предназначена да работи при еднаква температура с минимално регулиране. Батерията ни може да работи при голямо повишаване на температура, което е предизвикано от електрически вълни. Измерване: Една мъдрост гласи: Цената се намалява, като се произвежда повече. Батерията от течен метал е предназначена да намали цената, като се произвежда по-малко, но батериите ще бъдат по-големи. И накрая, човешки ресурси: Една мъдрост гласи: наемете експерти по батерии, сезонни работници, които могат да предоставят своят голям опит и знания. За да разработя батерията от течен метал, наех студенти и аспиранти и ги обучавах. В една батерия се стремя да максимизирам електрическия потенциал; когато обучавам, се стремя да максимизирам човешкия потенциал. И така, виждате, че историята за батерията от течен метал е повече от история за изобретяване на технология, тя е модел за изобретяване на изобретатели, пълен спектър.
So what have we learned from all this? (Applause) So what have we learned from all this? Let me share with you some of the surprises, the heterodoxies. They lie beyond the visible. Temperature: Conventional wisdom says set it low, at or near room temperature, and then install a control system to keep it there. Avoid thermal runaway. Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature with minimum regulation. Our battery can handle the very high temperature rises that come from current surges. Scaling: Conventional wisdom says reduce cost by producing many. Liquid metal battery is designed to reduce cost by producing fewer, but they'll be larger. And finally, human resources: Conventional wisdom says hire battery experts, seasoned professionals, who can draw upon their vast experience and knowledge. To develop liquid metal battery, I hired students and post-docs and mentored them. In a battery, I strive to maximize electrical potential; when mentoring, I strive to maximize human potential. So you see, the liquid metal battery story is more than an account of inventing technology, it's a blueprint for inventing inventors, full-spectrum.
(Аплодисменти)
(Applause)