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.
La elektron kiu funkciigas la lumojn de ĉi tiu teatro oni ĵus produktis. Ĉar laŭ la nuntempa tekniko la bezono de elektro devas ĉiam kompensiĝi per la produktado de elektro. Se dum la tempo kiun mi bezonis por aliri ĉi tiun scenejon kelkdek megaŭatoj da ventodevena energio ĉesas atingi la elektran reton, la mankon devus tuj anstataŭigi aliaj elektroproduktiloj. Sed karbocentraloj, atomcentraloj ne povas reagi tiel rapide. Tamen giganta baterio povus. Per giganta baterio ni kapablus alfronti la problemon de intermito. kiu malebligas al suna kaj venta energio kontribui al la elektra reto samkiel nuntempe faras karba, gasa kaj atoma.
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.
Vidu, baterio estas la ĉefa ebliga aparato ĉi-rilate. Per ĝi, ni povus utiligi sundevenan elektron eĉ kiam la suno ne videblas. Tio ŝanĝus la tutan aferon. Ĉar tiumaniere la renoveblaj energioj, kiaj suna kaj venta, ne plu estus flankaj kaj atingus la centran scenejon. Hodiaŭ mi volas prezenti al vi tian aparaton Oni nomas ĝin likvometala baterio. Temas pri nova formo de energistokado kiun mi eltrovis ĉe MIT kun teamo de miaj studentoj kaj postdoktoroj.
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.
La temo de la ĉijara TED konferenco estas Tutampleksa Spektro. La ODE (Oxford English Dictionary) difinas spektron kiel "La tuta amplekso de ondolongoj de la elektromagneta radiado, de la plej longaj radiaj ondoj ĝis la plej mallongaj gamaradioj de kio la amplekso de videbla lumo estas nur eta parto." Do mi ne estas ĉi tie hodiaŭ nur por diri al vi kiamaniere mia teamo ĉe MIT eltiris el la naturo solvon de unu el la plej gravaj mondaj problemoj. Mi volas laŭiri la tutan spektron kaj diri al vi kiel dum la evoluigo de tiu ĉi nova teknoscienco, ni malkovris kelkajn surprizajn kontraŭtradiciaĵojn kiuj povas instrui pri novigado, ideojn diskonigindajn. Vidu, se ni celas eligi ĉi tiun landon el ĝia nuna energia situacio, ni ne povas pluteni nian elirvojon, ni ne povas trabori nian elirvojon, ni ne povas bombi nian elirvojon. Ni faros tion laŭ la malnovmoda usona maniero, ni eltrovos nian elirvojon, laborante kune.
(Applause)
(aplaŭdoj)
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.
Do ni komencu. La baterion eltrovis antaŭ ĉ. 200 jaroj profesoro Alessandro Volta, ĉe la Universitato de Padovo en Italio. Lia eltrovo naskis novan sciencan fakon, elektrokemion, kaj novajn teknikarojn kiel elektrotegado. Eble pretervidita la eltrovo de la baterio fare de Volta unuafoje eĉ pruvis la utilon de profesoro. (oni ridas) Antaŭ Volta, neniu povis imagi ke profesoro povus utili al io ajn.
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.
Jen la unua baterio - surmetaĵo de moneroj, zinkaj kaj arĝentaj, apartigitaj de papera tavolo trempita en sala akvo. Tiu estas la startpunkto por projekti baterion.- du elektrodoj, ĉi-kaze malsamaj metaloj, kaj elektrokonduka fluidaĵo, ĉi-kaze salo solvita en akvon. Tiel simpla estas la afero. Bone, mi preterlasis kelkajn detalojn.
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.
Do, mi instruis al vi ke la scienco pri baterioj estas simpla kaj la bezono de retnivela stokado de elektro estas urĝa, sed la fakto estas ke ĝis nun simple ne ekzistas bateria teknikaro kiu povas plenumi la bezonon de elektra amasa stokado kiun la elektra reto ege bezonas - tio estas nekutime granda energio, longdaŭra funkciado kaj ege malalta kosto. Ni devas pripensi la problemon alimaniere Ni devas pensi grandskale ni devas pripensi malmultekoste.
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.
Tial ni forlasu la kutiman paradigmon: ni serĉu la plej brilan kemian procedon, kaj poste ni klopodos malpliigi la koston per produktado kiel eble plej amasa. Male, ni serĉu eltrovon kiu ekde la komenco taŭgas por la merkataj prezoj. Tio signifas ke kelkajn partojn de la perioda tabelo oni flankelasas laŭ difino. Ĉi tiun baterion oni faru el elementoj abundaj en la tersurfaco. Nu, mi diru, se vi volas produkti ion kio kostas kiel rubaĵo, faru ĝin el rubaĵoj! (oni ridas) kaj prefere rubaĵoj troveblaj surloke. Kaj ni konstruu ĉi tiun aĵon per simplaj konstruaj teknikoj kaj fabrikoj kiuj ne kostos monamason.
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.
Bone, antaŭ proksimume ses jaroj mi komencis pripensi ĉi tiun problemon. Por pripensi el freŝa vidpunkto, mi serĉis inspiron ekster la fako de elektrostokado. Fakte mi pritaksis teknikaron kiu ne stokas kaj ne produktas elektron, male uzas elektron, amason da ĝi. Temas pri produktado de aluminio. Tiun procedon eltrovis en 1866 du 22-jaruloj, Hall en Usono kaj Heroult en Francio. Nur kelkajn jarojn post ilia eltrovo aluminio ŝanĝiĝis de altvalora metalo samkosta kiel arĝento al kutima struktura materialo.
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.
Vi vidas nun la ĉelon de nuntempa produktejo de aluminio. Ĝi estas 15-metrojn larĝa. kaj longas proksimume 800 metrojn vico post vico estas ĉeloj, kiuj interne similas al la baterio de Volta; estas tamen tri gravaj diferencoj. La baterio de Volta funkcias je normala temperaturo. Ĝi enhavas solidajn elektrodojn kaj la elektrolito estas solvaĵo de salo kaj akvo. La ĉelo de Hall-Heroult funkcias je alta temperaturo sufiĉe alta por ke la aluminio kiun oni produktas estu likva. La elektrokonduka fluidaĵo ne estas solvaĵo de salo en akvon, male estas salo kiu fandiĝis. Estas tiu kombino de likva metalo, fandiĝinta salo kaj alta temperaturo kiu ebligas nin sendi intensan elektrokurenton tra ĝi. Nuntempe ni povas produkti puran metalon el la mineralo je kosto de malpli ol unu dolaro por kilogramo. Jen la miraklo ekonomia de la moderna elektrometalurgio.
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.
Tiu procedo kaptis kaj retenis mian atenton tiom ke mi urĝiĝis pri eltrovo de baterio kiu povu ekspluati tiun gigantskalan ekonomion. Kaj mi faris tion. Mi faris la tutan baterion likva -- likvaj metaloj por ambaŭ elektrodoj kaj fandiĝinta salo por la elektrolito. Nun mi montros kiel. Jen mi metas malpli densan likvan metalon plej supren, pli densan likvan metalon malsupren, kaj inter ili fandiĝintan salon.
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.
Sed nun, kiel elekti la metalojn? Por mi la klopodo projekti ĉiam komenciĝas ĉi tie ĉe la perioda tablo, formulita de alia profesoro, Dimitri Mendelevo. Ĉio kion ni konas konsistas el iu kombino de tio kion vi vidas listigitan ĉi tie. Tio eĉ inkluzivas niajn korpojn. Mi memoras la momenton, iun tagon, kiam mi serĉis paron da metaloj kiuj respondas al la postuloj, t.e. abundo en la tersurfaco, malsamaj kaj kontraŭaj densoj kaj forta reciproka reagemo. Mi perceptis eksciton pro trafo kiam mi komprenis ke mi trovis la respondon. Magnezio por la supera tavolo kaj antimonio por la malsupera. Vi sciu, mi diru al vi, unu el la plej gravaj profitoj de profesora estado estas multkolora kreto.
(Laughter)
(oni ridas)
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.
Do, por produkti kurenton, magnezio perdas du elektronojn iĝante jono magnezia, kiu migras trans la elektrolito, ricevas du elektronojn de antimonio kaj miksiĝas kun ĝi estigante alojon. La elektronoj iras labori al nia ĉiutaga mondo, kaj funkciigas niajn aparatojn. Kaj nun, por ŝargi la baterion, ni konektas al ĝi fonton de elektro kiel ekzemple venta elektrogenerilo. Tiel ni inversas la kurenton kaj pro tio magnezio eliras el la alojo kaj migras reen al la supera elektrodo reestigante la komencan situacion de la baterio. Kaj la fluo de kurento tra la elektrodoj estigas sufiĉe da varmo por pluteni la temperaturon.
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.
Ege brila atingo, almenaŭ teorie. Sed ... ĉu vere ĝi funkcias? Bone, kaj poste? Ni iras laborejon. Ĉu mi dungu profesian spertulon? Ne, mi dungas studenton kaj instruas al li, kiel pripensi la problemon, kiel vidi ĝin laŭ mia vidpunkto. kaj lasas lin libera serĉadi. Jen tiu studento, David Bradwell, kiu en ĉi tiu bildo ŝajne pridubas, ĉu tio povos funkcii. Tiutempe mi ne diris al David ke mi mem ne konvinkiĝis ke tio funkcios.
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.
Sed David estas juna kaj lerta kaj volas atingi doktoriĝon, kaj plu konstruadas-- (oni ridas) Li plu konstruadas la unuan likvometalan baterion laŭ ĉi tiu kemia procedo. Kaj surbaze de la promesaj komencaj rezultoj de David pagitaj per sema mono ĉe MIT mi povis allogi gravan monsubtenon al serĉado el privataj investantoj kaj el la federacia registaro. Tio ebligis min etendi mian grupon ĝis 20 homoj, miksaĵo de studentoj, postdoktoroj kaj eĉ doktoriĝontoj.
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."
Mi sukcesis altiri vere lertegajn homojn, homoj kiuj same emas kiel mi al scienco kaj servo al la societo, ne scienco kaj servo por pluigi karieron. Se vi demandas tiujn homojn kial ili laboras pri likvometalaj baterioj ilia respondo memorigos tiun eldiron de Prezidanto Kennedy ĉe Rice Universitato en 1962 kiam li diris - mi libere mencias - "Ni elektis labori pri amasa elektrostokado ne ĉar estas facila tasko, male ĉar ĝi estas malfacila."
(Applause)
(aplaŭdoj)
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.
Jen la evoluo de likvometala baterio. Ni komencis per senpretenda ĉelo sufiĉa por unu ŭathoro. Mi nomis ĝin la glaseto. Ni konstruis pli ol 400 da tiaj, kaj perfektigis ilian funkciadon per pluraj kemiaj procedoj -- ne nur magnezio kaj antimonio. Dum tiu evoluigo ni pligrandigis ĝis ĉelo sufiĉa por 20 ŭathoroj kiun mi nomis la hokedisko. Ni atingis la samajn promesajn rezultojn kaj ni pluiris ĝis la 'telero' kiu liveras 200 ŭathorojn. Tiu teknikaro montriĝis fidinda kaj pligrandigebla. Sed la progreso estis tro malrapida por ni. Tiel antaŭ unu jaro kaj duono David kaj mi kun alia staba esploristo starigis firmaon por plirapidigi la evoluon de la procedo kaj la strebon al livero de komerca produkto.
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.
Kaj jen, ĉe nia LMBC ni nun produktas ĉelojn kun diametro de 38 cm kiuj kapablas liveri unu kiloŭatohoron. t.e. miloble la enan energion de la komenca glaseto. Ni nomas ĝin la pico. Kaj ni antaŭvidas ĉelon por 4 kiloŭathoroj. Ĝi havos diametron de 91 cm. Ni nomas ĝin la trinkeja tableto. sed ankoraŭ ni ne povas antaŭmontri ĝin. Unu variaĵo de tiu teknologio ebligos nin surmeti tiujn tabletojn atingonte modulojn kaj kunigi la modulojn en gigantan baterion kiu eniros en 12-metran transportujon laŭbezone lokeblan. Tiu havos nominalan entenkapablon de 2 megaŭathoroj - du milionoj da ŭathoroj. Tiu energio sufiĉas por la ĉiutaga elektra bezono de 200 usonaj familioj. Jen do ĝi disponeblas, retnivela elektrostokado senbrua, ne malpuriga, sen moviĝantaj partoj, defore regebla, planita por taŭga kosto surmerkate. sen iu subvencio.
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.
Kaj kion finfine ni eklernis el la tuta afero? (aplaŭdoj) Do kion finfine ni eklernis el la tuta afero? Mi montru al vi iomajn surprizojn, kontraŭtradiciaĵojn. Ili ne videblas kutime. Temperaturo Saĝeco tradicia diras 'ĝi estu malalta proksima al temperaturo de medio. kaj estu kontrolsistemo por pluteni ĝin tioma. Evitu ŝanĝojn de temperaturo. La likvometala baterio estas projektita por funkcii je alta temperaturo kun malmulte da kontrolo. Nia baterio povas toleri la tre altajn temperaturojn kiuj okazas pro kurentaj pintoj. Kvanto da produktado: tradicia saĝeco konsilas malpliigu la koston per amasproduktado. La likvometala baterio estas projektita por malpliigi la koston per produktado de malmultaj ekzempleroj, tamen ili pliiĝos. Kaj finfine, la homa faktoro. Tradicia saĝeco diras, dungu spertulojn pri baterioj, maturajn profesiulojn kiuj povas profiti pro sia ampleksa sperto kaj scio. Por evoluigi la likvometalan baterion, mi dungis studentojn kaj postdoktorojn kaj instruis ilin. En baterio, mi klopodas maksimumigi elektran potencialon; instruante, mi klopodas maksimumigi homan potencialon. Do vi vidas, la historio de likvometala baterio ne nur temas pri eltrovo de teknologio, estas modelo por evoluigi eltrovistojn, tutspektre.
(Applause)
(aplaŭdoj)