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.
Listrik yang menyalakan lampu di panggung ini dihasilkan beberapa saat lalu Karena cara yang ada saat ini kebutuhan listrik harus tetap seimbang dengan pasokan listrik Jika pada suatu saat, dalam waktu yang saya perlukan untuk berjalan menuju panggung ini, puluhan megawatt daya listrik yang menggunakan angin berhenti mengalir ke jaringan, kekurangannya harus ditalangi dengan segera dari generator lainnya. Akan tetapi pembangkit batubara, pembangkit nuklir tidak bisa menanggapinya dengan cukup cepat. Namun, sebuah baterai raksasa dapat melakukannya. dengan baterai raksasa, kita akan bisa mengatasi masalah ketidakstabilan yang menghambat pembangkit angin dan surya berkontribusi ke jaringan seperti yang terjadi pada pembangkit batubara, gas dan nuklir saat ini.
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.
Anda lihat, baterai adalah perangkat kunci. Dengan itu, kita bisa menggunakan listrik dari matahari bahkan ketika matahari tidak bersinar. Dan itu mengubah segalanya. Karena kemudian energi terbarukan seperti angin dan surya keluar dari sisi, di sini ke tengah panggung. Hari ini saya ingin bercerita tentang alat tersebut. Alat itu disebut baterai logam cair. Ini adalah bentuk baru penyimpanan energi yang saya ciptakan di MIT bersama dengan tim mahasiswa saya dan para mahasiswa pasca-doktoral
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.
Sekarang, tema konferensi TED tahun ini adalah Spektrum Penuh. OED mendefinisikan spektrum sebagai "seluruh rentang panjang gelombang radiasi elektromagnetik, dari gelombang radio yang paling panjang sampai sinar gamma yang terpendek dimana rentang gelombang cahaya kasat mata hanyalah bagian kecil daripada spektrum penuh. Jadi hari ini di sini saya tidak hanya memberitahu Anda bagaimana tim saya di MIT telah menemukan suatu solusi untuk salah satu masalah besar dunia. Saya ingin menjelaskan secara spektrum penuh dan memberitahu Anda bagaimana dalam proses pengembangan teknologi baru ini, kami telah menemukan beberapa kebidahan yang mengejutkan yang dapat berfungsi sebagai pelajaran untuk inovasi, penyebaran ide-ide yang bermanfaat. dan anda tahu, jika kita ingin negara ini keluar dari situasi energi saat ini kita tidak bisa hanya menghemat; kita tidak bisa hanya mengebor; kita tidak bisa membom. Kita akan melakukannya dengan cara kuno Amerika, kita akan menemukan jalan keluar, bekerja bersama.
(Applause)
(Tepuk tangan)
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.
Sekarang mari kita mulai. Baterai ditemukan sekitar 200 tahun lalu oleh seorang profesor, Alessandro Volta, di Universitas Padua di Italia. Penemuannya melahirkan bidang baru ilmu pengetahuan, elektrokimia, dan teknologi baru seperti electroplating. Mungkin terabaikan, penemuan baterei Volta untuk pertama kalinya juga menunjukkan kegunaan seorang profesor. (Tertawa) Sampai dengan Volta, tak seorang pun bisa membayangkan seorang profesor ada gunanya.
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.
Ini dia baterai pertama - tumpukan koin, seng dan perak, dipisahkan oleh karton yang terendam dalam air garam.. Ini adalah titik awal untuk merancang baterai - dua elektroda, dalam kasus ini logam dengan komposisi yang berbeda, dan suatu elektrolit, dalam kasus ini garam dilarutkan dalam air. Ilmu pengetahuan hanya sesederhana itu. Memang, masih ada sedikit rincian yang tidak saya jelaskan.
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.
Sekarang saya sudah mengajar Anda bahwa ilmu baterai itu sangat mudah dan kebutuhan untuk penyimpanan tingkat jaringan cukup mendesak, tetapi kenyataannya adalah hari ini tidak ada teknologi baterai yang mampu memenuhi persyaratan kinerja kebutuhan jaringand - yaitu yang berdaya luar biasa tinggi layanan panjang seumur hidup dan biaya sangat murah. Kita perlu berpikir tentang masalah ini dengan cara yang berbeda. Kita perlu berpikir besar, kita perlu berpikir murah.
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.
Jadi mari kita tinggalkan paradigma pencarian kimia paling keren dan kemudian berharap menurunkan kurva biaya dengan hanya membuat banyak dan lebih banyak produk. Sebaliknya, mari kita ciptakan ke titik harga pasar listrik. Yang artinya bahwa bagian-bagian tertentu dari tabel periodik adalah jelas terbatas. Baterai ini perlu dibuat dari elemen bumi yang berlimpah. Saya katakan, jika Anda ingin membuat sesuatu yang semurah harga kotoran, buatlah dari kotoran -- (Tertawa) terutama kotoran yang sumbernya dari lokal. Dan kita harus mampu untuk membangun hal ini dengan teknik manufaktur dan pabrik yang sederhana yang tidak memakan biaya banyak
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.
Jadi, sekitar enam tahun yang lalu, saya mulai berpikir tentang masalah ini. Dan untuk mengadopsi pandangan yang segar, saya mencari inspirasi dari luar bidang penyimpanan listrik. Kenyataannya, saya melihat suatu teknologi yang bukan penyimpanan maupun menghasilkan listrik, tapi malah mengkonsumsi listrik, dalam jumlah yang sangat besar. Saya sedang berbicara tentang pembuatan aluminium. Proses ini ditemukan pada tahun 1886 oleh dua orang muda umuran 22 tahun - Hall di Amerika Serikat dan Heroult di Perancis. Dan hanya beberapa tahun saja setelah penemuan mereka, aluminium berubah dari logam mulia mahal seharga perak menjadi bahan struktural umum.
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.
Anda sedang melihat rumah sel pabrik peleburan aluminium modern. Lebarnya sekitar 50 kaki dan menyusut sekitar setengah mil -- baris demi baris sel tersebut yang di dalamnya, mirip baterai Volta, dengan tiga perbedaan penting. Baterai Volta bekerja pada suhu kamar. Ini dilengkapi dengan elektroda padat dan elektrolit yang merupakan larutan garam dan air. Sel Hall-Heroult beroperasi pada suhu tinggi, suhu yang cukup tinggi yang dapat membuat logam aluminium mencair Elektrolitnya bukan larutan garam dan air, melainkan garam yang sudah meleleh. Ini adalah kombinasi dari logam cair, garam cair dan suhu tinggi yang memungkinkan kita untuk melewatkan arus tinggi melalui alat tersebut. Hari ini, kita dapat menghasilkan logam murni dari bijih dengan biaya kurang dari 50 sen per pon. Itulah keajaiban ekonomi dari electrometalurgi modern.
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.
Inilah yang menarik dan menahan perhatian saya ke titik bahwa saya menjadi terobsesi untuk menciptakan baterai yang bisa merebut ekonomi raksasa dari segi skala. Dan saya kerjakan. Saya membuat baterai semua cairan - cairan logam untuk kedua elektroda dan garam cair untuk elektrolitnya. Saya akan menunjukkan bagaimana caranya. Saya menaruh logam cair densitas rendah di bagian atas, menaruh logam cair densitas tinggi di bagian bawah, dan garam cair di antaranya.
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.
Jadi sekarang, bagaimana memilih logam? Bagi saya, latihan perancangan selalu dimulai di sini dengan tabel periodik, yang diucapkan oleh profesor lain, Dimitri Mendeleyev. Segala sesuatu yang kita tahu terbuat dari beberapa kombinasi dari apa yang Anda lihat yang digambarkan di sini. Dan itu termasuk tubuh kita sendiri. Saya ingat suatu hari saat yang tidak terlupakan ketika saya sedang mencari sepasang logam yang akan mengatasi kendala kelimpahan bumi, berbeda, densitas berlawanan dan reaktivitas tinggi yang bermanfaat. Saya merasakan getaran realisasi ketika saya tahu jawabannya akan datang. Magnesium untuk lapisan atas. Dan antimon untuk lapisan bawah. Anda tahu, Saya harus memberitahu Anda, salah satu manfaat terbesar menjadi seorang profesor: kapur berwarna.
(Laughter)
(Tertawa)
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.
Jadi untuk menghasilkan arus, magnesium kehilangan dua elektron menjadi ion magnesium, yang kemudian bermigrasi di seluruh elektrolit, menerima dua elektron dari antimon, dan kemudian bercampur dengannya untuk membentuk paduan. Elektron bekerja di dunia nyata di sini, menghidupkann perangkat kita. Sekarang untuk mengisi baterai, kita menghubungkan sumber listrik. Ini bisa menjadi sesuatu seperti sebuah peternakan angin. Dan kemudian kita membalikkan arus. Dan ini akan memaksa magnesium untuk memisahkan diri dan kembali ke elektroda atas, memulihkan konstitusi awal baterai. Dan arus lewat diantara elektroda menghasilkan panas yang cukup untuk menjaga suhu.
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.
Itu cukup keren, setidaknya dalam teori. Tapi apakah itu benar-benar bekerja? Jadi apa yang harus dilakukan selanjutnya? Kami pergi ke laboratorium. Sekarang apakah saya menyewa profesional berpengalaman? Tidak, saya mempekerjakan seorang mahasiswa dan membimbingnya, mengajarkan dia bagaimana memikirkan masalah, untuk melihatnya dari cara pandang saya dan kemudian membebaskan dirinya. Ini dia mahasiswa tersebut, David Bradwell, yang, dalam gambar ini, kelihatannya seperti bertanya-tanya apakah hal ini bisa bekerja. Apa yang saya tidak beritahu David pada saat itu adalah saya sendiri tidak yakin itu akan berhasil.
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.
Tapi David masih muda dan dia pintar dan dia ingin jadi Ph.D., dan ia melanjutkan untuk membangun -- (Tertawa) Dia melanjutkan untuk membangun baterai logam cair pertama yang pernah ada dari cairan kimia ini. Dan berdasarkan hasil awal David yang menjanjikan, yang dibayar dengan dana amal di MIT, saya bisa menarik dana penelitian besar dari sektor swasta dan pemerintah federal. Dan yang memungkinkan saya untuk memperbanyak kelompok saya menjadi 20 orang, campuran mahasiswa pascasarjana, pasca-doktoral, dan bahkan beberapa mahasiswa sarjana.
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."
Dan saya bisa menarik orang-orang yang benar-benar bagus, orang yang berbagi semangat dengan saya untuk ilmu pengetahuan dan pelayanan kepada masyarakat, bukan ilmu pengetahuan dan layanan untuk membangun karir. Dan jika Anda bertanya kepada orang-orang ini mengapa mereka bekerja pada baterai logam cair, jawaban mereka akan kembali ke pernyataan Presiden Kennedy di Rice University pada tahun 1962 ketika ia mengatakan -- dan aku mengambil kebebasan di sini -- "Kami memilih untuk bekerja pada penyimpanan tingkat jaringan, bukan karena mudah, tetapi karena sulit."
(Applause)
(Tepuk tangan)
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.
Jadi, ini adalah evolusi dari baterai logam cair. Kita mulai di sini dengan hasil kerja keras kami yaitu sel satu watt-jam. Saya menyebutnya gelas sloki. Kami telah mengoperasikan sebanyak lebih dari 400 benda seperti ini, menyempurnakan kinerjanya dengan kemajemukan kimia -- bukan hanya magnesium dan antimon. Dalam masa penelitian itu kami meningkatkan ke sel 20 watt-jam. Saya menyebutnya keping hoki. Dan kami mendapatkan hasil yang sama luar biasa. Dan kemudian sel tersebut kami buat dalam bentuk piringan. Yaitu 200 watt-jam. Teknologi ini membuktikan dirinya teruji dan terukur. Tapi langkah kami belum cukup cepat. Jadi satu setengah tahun yang lalu, saya dan David, bersama dengan staf anggota penelitian lainnya, membentuk sebuah perusahaan untuk mempercepat tingkat kemajuan dan perlombaan untuk memproduksi produk.
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.
Jadi hari ini pada LMBC, kami sedang membangun sel diameter 16 inci dengan kapasitas satu kilowatt-jam - 1.000 kali kapasitas sel gelas sloki awal. Kami menyebutnya pizza. Dan kemudian kami telah menyiapkan sel empat kilowatt-jam sel di masa datang. Ini akan menjadi sel diamater 36 inci. Kami menyebutnya meja bistro, tapi belum siap menunjukkannya pada tanyangan utama. Dan salah satu varian dari teknologi yang telah kami buat adalah menyusun meja bistro ini ke dalam modul, menggabungkan modul ke dalam baterai raksasa seukuran kontainer kapal 40-kaki untuk penempatan di lapangan. Dan ini memiliki kapasitas terpasang dua megawatt-jam - dua juta watt-jam. Itu adalah energi yang cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik harian 200 rumah tangga di Amerika. Jadi di sini Anda memilikinya, penyimpanan tingkat jaringan: tidak berisik, bebas emisi, tidak ada bagian yang bergerak, dikendalikan dari jauh, yang dirancang untuk harga pasar tanpa subsidi.
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.
Jadi apa yang telah kita pelajari dari semua ini? (Tepuk tangan) Jadi apa yang telah kita pelajari dari semua ini? Biarkan saya berbagi dengan Anda beberapa kejutan, kebidahan Mereka berada dalam jangkauan penglihatan. Suhu: kebijaksanaan umum mengatakan untuk mengaturnya rendah, pada atau dekat suhu kamar, dan kemudian menginstal sistem kendali untuk menjaganya tetap seperti itu. Hindari kehilangan panas. Baterai logam cair dirancang untuk beroperasi pada suhu tinggi dengan aturan minimum. Baterai kami dapat menangani kenaikan suhu sangat tinggi yang berasal dari lonjakan arus. Skala: Kebijaksanaan umum mengatakan kurangi biaya dengan memproduksi banyak. Baterai logam cair dirancang untuk mengurangi biaya dengan memproduksi lebih sedikit, tetapi mereka akan menjadi lebih besar. Dan akhirnya, sumber daya manusia: kebijaksanaan umum mengatakan menyewa ahli baterai, profesional berpengalaman, yang dapat memanfaatkan pengalaman dan pengetahuan mereka yang luas. Untuk mengembangkan baterai logam cair, saya mempekerjakan mahasiswa dan pasca-doktoral dan membimbing mereka. Dalam baterai, saya berusaha untuk memaksimalkan potensi listrik, ketika membimbing mereka, saya berusaha untuk memaksimalkan potensi manusia. Jadi Anda lihat, kisah baterei logam cair baterai lebih dari suatu cerita tentang penciptaan teknologi, ini adalah cetak biru untuk menciptakan penemu, spektrum penuh.
(Applause)
(Tepuk tangan)