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.
Ennek a színháznak a lámpáit tápláló áramot csak néhány pillanattal ezelőtt állították elő. Azért, mert a dolgok mai állása szerint az áramszükségletnek állandó egyensúlyban kell lennie az áramellátással. Ha az alatt az idő alatt, amíg felsétáltam a színpadra tizenakárhány megawattnyi szélerőmű abbahagyná az áramtermelést, a különbséget a többi generátornak kellene azonnal pótólnia. Azonban a szén- és atomerőművek nem képesek elég hamar reagálni. Egy hatalmas tároló akkumulátor tudna. Egy hatalmas akkumulátorral megoldhatnánk az ideiglenesség azon problémáját, amely megakadályozza, hogy a szél és a Nap ugyanúgy hozzájáruljon a energia hálózathoz, mint napjainkban a szén, gáz és atomenergia.
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.
Nos tudják, az akkumulátor itt a lehetőség kulcsa. Mert általa akkor is felhasználhatánk a Nap energiáját amikor az nem süt. És ez mindent megváltoztat. Mert ezáltal a megújuló energiák mint a szél- és napenergia, előlépnének a háttérből és a figyelem középpontjába kerülnének. Ma egy ilyen eszközről szeretnék mesélni. Úgy hívják, hogy folyékony-fém akkumulátor. Ez az energiatárolás egy olyan új formája, amit az MIT-n találtam fel diákjaim és doktoranduszaim segítségével.
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.
Nos, az idei TED konferencia témája a Teljes Spektrum. Az Oxford szótár definíciója szerint a spektrum "Az elektromágneses sugárzás hullámhosszának teljes terjedelme a leghosszabb rádióhullámtól a legrövidebb gammasugárzásig melyből a látható fény tartománya csak egy kis rész." Nem csak azért vagyok ma itt, hogy elmondjam hogy az MIT-n hogyan sajtoltunk ki a természetből egy megoldást a világ egyik nagy problémájára. A teljes spektrumot szeretném bemutatni, és elmondani, hogy ennek az új technológiának a fejlesztésében lelepleztünk néhány meglepő unortodoxiát amely az innováció leckéjeként szolgálhat terjesztésre érdemes gondolatként. Tudják, ha szeretnénk kijuttatni ezt az országot a jelen energiaválságból, nem elég, ha megőrizzük az utunkat nem elég, ha kifúrjuk az utunkat nem robbanthatjuk ki az utunkat. A régimódi amerikai módon fogjuk ezt megtenni fel fogjuk találni azt az utat, hogy hogyan tudunk együtt dolgozni.
(Applause)
(Taps)
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.
Tehát akkor lássunk neki. Az akkumulátort körülbelül 200 éve találta fel egy Alessandro Volta nevű professzor a Padovai Egyetemen, Itáliában. Találmánya által egy új tudományterület született az elektrokémia és új technológiák, mint például a galvanizálás. Talán elkerülte a figyelmet, hogy Volta találmánya, az akkumulátor első alkalommal bizonyította egy professzor hasznosságát. (Nevetés) Egészen Volta-ig senki se tudta elképzelni, hogy egy professzornak lehet valami haszna is.
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.
Itt látható az első akkumulátor egy halom pénzérme, cink és ezüst kartonnal elválasztva, tengervízben áztatva. Ez a kiindulópont az akkumulátor tervezésében - két elektróda ez esetben különféle anyagú fémek és az elektrolit ez esetben a vízben feloldott só. Ennyire egyszerű a tudomány. Kétségkívül kihagytam néhány részletet.
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.
Most azt tanítottam önöknek, hogy az akkumulátor-tudomány egyszerű és a hálózati szintű tárolóegység iránti igény sürgető, de a valóság az, hogy ma nem létezik olyan akkumulátor-technológia, amely képes lenne megfelelni a hálózat sürgető teljesítmény igényének, konkrétan a rendkívüli magas teljesítménynek hosszú üzemidővel és szuperalacsony költséggel. Másképp kell megközelítenünk a problémát. Nagyban kell gondolkodnunk és olcsóban kell gondolkodnunk.
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.
Tehát vessük el azt a paradigmát, hogy megkeressük a legtutibb kémiát és remélhetőleg lenyomjuk az költség görbét azáltal, hogy sok-sok terméket gyártunk. Inkább a villamosenergia-piac versenyképes árához igazodva találjunk fel. Ez azt jelenti, hogy a periódusos rendszer bizonyos részei evidens módon ki vannak zárva. Ezt az akkumulátort a Földön bőségesen előforduló elemekből kell létrehozni. Azt mondom, ha valami piszok olcsó dolgot szeretnél csinálni csináld piszokból - (Nevetés) lehetőleg olyan piszokból amelyik helyben megtalálható. Úgy kell tudnunk felépíteni ezt a dolgot, hogy egyszerű gyártási technológiát és gyárakat használunk, melyek nem kerülnek egy vagyonba.
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.
Hat évvel ezelőtt kezdtem gondolkodni ezen a problémán. Azért, hogy friss látásmódot alkalmazzak a villamosenergia tárolásának területén kívüli ötletet kerestem. Valójában olyan technológiát kerestem, amely se nem tárol, se nem termel elektromos áramot, viszont áramot fogyaszt abból is nagy mennyiséget. Az alumínium gyártásáról beszélek. Az eljárást 1886-ban találta fel két 22 éves: Hall az Egyesült Államokban és Heroult Franciaországban. Csak néhány rövid évvel a felfedezésük után az alumínium az ezüst értékével egyenlő értékes fémből egy gyakori szerkezeti elemmé vált.
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.
Itt egy modern alumíniumkohó cellaházát láthatják. Körülbelül 15 méter széles és 800 méter hosszú cellák hosszú sora, amelyek belülről nagyon hasonlítanak Volta akkumulátorára három fontos különbséget leszámítva. Volta akkumulátora szobahőmérsékleten működik. szilárd elektródákkal vannak ellátva és az elektrolit só és víz oldata. A Hall-Herout cella magas hőmérsékleten működik elég magas hőmérsékleten ahhoz, hogy az alumínium folyékony legyen. Az elektrolit nem só és víz oldata, hanem inkább só, amelyet megolvasztottak. A folyékony fém, az olvasztott só és magas hőmérséklet keveréke az, amely lehetővé teszi, hogy magas áramot küldjünk keresztül. Ma elő tudunk állítani ércből tiszta fémet kilónként kevesebb, mint egy dollárért. Ez a modern elektrometallurgia gazdasági csodája.
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.
Ez az, amely felkeltette és fenntartotta a figyelmemet és megszállottja lettem olyan akkumulátor feltalálásának, amely megtartja ezt az óriási méretgazdaságosságot. És feltaláltam. Folyékony akkumulátort készítettem mindkét elektródát folyékony fémekből az elektrolitot pedig olvasztott sóból. Mindjárt megmutatom hogyan. Alacsony sűrűségű folyékony fémet tettem felülre, nagy sűrűségű folyékony fémet tettem alulra és olvasztott sót közéjük.
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.
Tehát akkor hogyan válasszuk ki a fémeket? Számomra a tervezési feladat mindig itt kezdődik a periódusos rendszerrel, melyet egy másik professzor nyilatkoztatott ki, Dimitrij Mengyelejev. Minden, amit tudunk azoknak a kombinációja, amelyet itt leírva láthatunk. Beleértve a mi testünket is. Felidézem azt a napot, amikor kerestem azt a fémpárost, amely megfelel ezeknek a követelményeknek: a Földön gyakori az előfordulása különböző, ellentétes sűrűségűek és magas az egymással való reakcióképességük. Éreztem a megvalósítás okozta izgalmat amikor tudtam, hogy rá fogok jönni a válaszra. Magnézium a felső rétegben. És antimon az alsó rétegben. El kell mondanom önöknek, hogy egyik legnagyobb előnye annak, hogy professzor vagyok, az a színes kréta.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
Tehát hogy áramot állítsunk elő a magnézium elveszít két elektront, hogy magnézium ionná válhasson, melyek az elektroliton keresztül vándorolnak és két elektront vesz fel az antimontól majd ötvözetté alakul vele. Az elektronok munkába állnak itt kinn, a való világban, hogy árammal lássák el az eszközeinket. Ahhoz, hogy feltöltsük az akkumulátort csatlakoztatunk egy áramforrást. Olyasvalamit, mint mondjuk egy szélerőműpark. Majd visszafordítjuk az áramot. Ez arra kényszeríti a magnéziumot, hogy kilépjen az ötvözetből és visszatérjen a felső elektródába, helyreállítva az akkumulátor kiindulási állapotát. Az áram, amely az elektródák között halad elég hőt termel ahhoz, hogy megfelelő hőmérsékleten tartsa.
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.
Ez nagyon klassz, elméletben legalábbis. De működik ez valójában? Mi a következő lépés? Bemegyünk a laboratóriumba. Vegyek fel határozott időre egy szakértőt? Nem, felveszek egy hallgatót és mentorálom őt megtanítom arra, hogyan gondolkodjon a problémáról, hogy az én nézőpontomból lássa majd szabadon engedem őt. Ő az a hallgató, David Bradwell, aki ezen a képen úgy tűnik azon töpreng, hogy fog-e ez valaha is működni. Amit nem mondtam el Davidnek akkor, hogy én magam sem voltam meggyőződve, hogy működni fog.
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.
De David fiatal és okos és PhD-t szeretne szerezni és elkezdi építeni... (Nevetés) Elkezdi építeni a kémia valaha volt első folyékony fémből készült akkumulátorát. David kezdeti, ígéretesnek tűnő eredményeire alapozva, melyet kezdeti befektetésként az MIT finanszírozott, sikerült jelentős kutatási alapot megszereznem a magánszektortól és a szövetségi kormánytól. Ez lehetővé tette számomra, hogy húszfősre bővítsem a csapatomat, diplomásokkal, posztdoktorokkal sőt, még egyetemi hallgatókkal is.
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."
Sikerült igazán jó embereket összegyűjteni, olyanokat, akik osztoznak a szenvedélyemben, tudomány és szolgálat a társadalomért, nem pedig tudomány és szolgálat a karrierépítésért. Ha megkérdezik az embereket, hogy miért dolgoznak a folyékony fémből készült akkumulátoron, a válaszuk visszaidézi Kennedy elnök megjegyzését, 1962-ben a Rice Egyetemen, amikor azt monda - és most szabadon idézem - "Nem azért választottuk, hogy az áramhálózati szintű tárolón dolgozzunk mert könnyű, hanem mert nehéz."
(Applause)
(Taps)
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.
Tehát így fejlődött ki a folyékony fém akkumulátor. Itt kezdtük, az igáslovunkkal, az egy wattórás cellával. Úgy hívom, hogy feles pohár. Több mint négyszáz ilyet működtettünk, a teljesítményüket a kémiai sokféleséggel tökéletesítettük - nem csak magnéziummal és antimonnal. Menet közben 20 wattórásra növeltük. Ezt hokikorongnak hívom. Ugyanazokat a figyelemre méltó eredményeket kaptuk. Aztán a csészealj következett. Ez 200 wattórás teljesítményű. A technológia igazolta magát, hogy masszív és bővithető. De az iram nem volt elég gyors számunkra. Így másfél évvel ezelőtt, David és én egy másik kutatótárssal együtt létrehoztunk egy vállalatot, hogy felgyorsítsuk a fejlődés ütemét és a termék gyártásáért folytatott versenyt.
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.
Így ma az LMBC-ben negyven centiméter átmérőjű cellákat építünk melyek kapacitása egy kilowattóra - ezerszer nagyobb kapacitású, mint a kezdeti feles pohárnyi cella. Pizzának nevezzük ezt. Ezután van egy négy kilowattórás cella készülőben. Ez 90 centiméter átmérőjű lesz. Ezt bisztróasztalnak nevezzük, de még nincs kész a bemutatásra. A technológia egy változata szerint összerakjuk ezeket a bisztróasztalokat modulokká, hogy egy óriási akkumulátorrá alakítsuk a modulokat amely belefér egy 12 méteres konténerbe, hogy terepen helyezzük el. Ennek a névleges teljesítménye két megawattóra - kétmillió wattóra. Ez már elegendő energia ahhoz, hogy kétszáz amerikai háztartás napi energiaigényét ellássa. Tehát itt van a az áramhálózati szintű akkumulátor: csendes, nincs káros kibocsátása, nincsenek mozgó alkatrészek, távolról irányítható, versenyképes piaci árra tervezve, állami támogatás nélkül.
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.
Tehát mit tanultunk mindebből? (Taps) Tehát mit tanultunk mindebből? Hadd osszak meg önökkel néhány meglepetést, az unortodoxiákat. Ezek a látható dolgok mögött helyezkednek el. Hőmérséklet: Az általános igazság szerint alacsonyra kell állítani szobahőmérsékletre, vagy a körülire majd építsünk be egy ellenőrző rendszert, hogy tartsuk ezt. Kerüljük el a hőmérséklet elszabadulását. A folyékony fém akkumulátort magas hőmérsékleten való működésre terveztük minimális szabályozással. Az akkumulátorunk kezelni tudja a magas hőmérséklet-emelkedéseket amely az áram hullámzásából fakad. Méretezés: Az általános igazság azt mondja, hogy az árat nagy termeléssel csökkentsük. A folyékony fém akkumulátor úgy csökkenti a költséget, hogy kevesebbet, de nagyobbakat fogunk előállítani. Végül az emberi erőforrás: Az általános igazság szerint alkalmazz akkumulátor specialistákat tapasztalt profikat, akik óriási tapasztalattal és tudással rendelkeznek. Ahhoz, hogy kifejlesszük a folyékony fém akkumulátort, egyetemi hallgatókat és posztdoktorokat vettem fel és mentoráltam őket. Egy akkumulátorban igyekszem maximalizálni az elektromos potenciált; amikor mentorálok, igyekszem maximalizálni az emberi potenciált. Láthatják, hogy a folyékony fém akkumulátor története több, mint egy feltalált technológia beszámolója, hanem annak a vázlata, hogyan találjunk fel feltalálókat a teljes spektrumon.
(Applause)
(Taps)