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.
Electricitatea care alimentează luminile din această sală a fost generată acum câteva momente. Conform situației actuale, cererea de electricitate trebuie să fie în echilibru constant cu furnizarea de electricitate. Dacă în timpul cât a durat să intru aici pe scenă, câteva zeci de megawaţi de energie eoliană ar fi încetat să fie alimentate în reţea, diferenţa ar fi trebuit compensată de alte generatoare imediat. Dar uzinele de cărbuni şi centralele nucleare nu pot răspunde suficient de repede. O baterie gigant ar putea. Cu o baterie gigant, am putea aborda problema intermitenţei care împiedică vântul şi soarele să contribuie la reţea în acelaşi fel în care cărbunele, gazul şi energia nucleară o fac astăzi.
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.
Vedeţi voi, bateria e dispozitivul cheie. Cu ea am putea folosi electricitate solară chiar şi când soarele nu străluceşte. Şi asta schimbă totul. Pentru că atunci energiile regenerabile, eoliană sau solară vin din aripi în centrul scenei. Azi vreau să vă vorbesc despre un astfel de dispozitiv. Se numeşte bateria cu metale lichide. E o nouă formă de stocare a energiei pe care am inventat-o la MIT împreună cu o echipă de studenţi şi post-doctoranzi.
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.
Tema conferinţei TED din acest an e Spectrul Complet. Dicţionarul Oxford defineşte spectru ca fiind "Totalitatea lungimilor de undă a radiaţiei electromagnetice, de la cele mai lungi, unde radio, la cele mai scurte, raze gamma, din care spectrul luminii vizibile e doar o mică parte." Nu sunt aici doar să vă povestesc cum echipa mea de la MIT s-a inspirat din natură pentru soluţia la una din cele mai mari probleme ale lumii. Vreau să parcurg spectrul complet şi să vă spun cum în procesul de dezvoltare acestei tehnologii noi, am descoperit câteva surprinzătoare heterodoxii care pot servi drept lecţii de inovaţie, idei care merită răspândite. Şi ştiţi, dacă va fi să scoatem ţara asta din situaţia energetică actuală, nu putem s-o facem doar prin conservare sau prin săpături; sau prin bombardamente. O vom face în stilul vechi american, vom inventa, lucrând împreună.
(Applause)
(Aplauze)
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.
Acum să începem. Bareria a fost inventată acum 200 de ani de un profesor, Alessandro Volta, la Universitatea din Padua, Italia. Ivenţia sa a dat naştere la un nou domeniu ştiinţific, electrochimia, şi noi tehnologii cum ar fi galvanizarea. Poate e trecut cu vederea că invenţia bateriei lui Volta a demonstrat pentru prima oară utilitatea unui profesor. (Râsete) Până la Volta nimeni nu-şi putea imagina că un profesor putea folosi la ceva.
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.
Iată prima baterie -- o stivă de monede, zinc şi argint, separate de carton îmbibat în saramură. Acesta e punctul de început pentru proiectarea unei baterii: doi electrozi, în acest caz, metale de diferite compoziţii, şi un electrolit, în acest caz sare dizolvată în apă. Stiinţa e atât de simplă. Recunosc, am lăsat la o parte câteva detalii.
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.
Acum v-am învăţat că ştiinţa bateriilor e simplă şi nevoia de stocare la nivel de reţea e apăsătoare, dar adevărul e că azi nu există o tehnologie a bateriei capabilă să susțină epuizanta cerere de performanţă a reţelei -- adică putere neobişnuit de mare, durată de viaţă îndelungată şi costuri foarte mici. Avem nevoie să abordăm problema diferit. Trebuie să gândim la scară mare, trebuie să gândim ieftin.
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.
Aşadar să abandonăm paradigma de-a căuta cea mai tare chimie ca apoi eventual să coborâm curba costurilor prin crearea multor produse. În schimb, să inventăm la nivelul preţului pieţei de electricitate. Asta înseamnă că anumite părţi ale tabelului periodic sunt axiomatic interzise. Această baterie trebuie făcută din elemente existente în abundenţă. Cred că dacă vrei să faci ceva extrem de ieftin, fă-l din noroi -- (Râsete) de preferinţă noroi care se găseşte local. Trebuie să putem construi folosind tehnici simple şi fabrici care nu costă o avere.
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.
Acum şase ani, am început să mă gândesc la această problemă. Pentru a adopta o perspectivă nouă, am căutat inspiraţie dincolo de domeniul stocării electricității. De fapt, m-am uitat la o tehnologie care nici nu stochează nici nu generează electricitate, ci consumă electricitate, cantităţi uriașe. Vorbesc despre producerea aluminiului. Procesul a fost inventat în 1886 de doi tineri de 22 de ani -- Hall din Statele Unite şi Heroult din Franţa. La câţiva ani după descoperirea lor, aluminiul s-a schimbat dintr-un metal preţios care costa cât argintul într-un material structural comun.
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.
Vă uitaţi la celule unui cuptor modern de topit aluminiu. Are o lăţime de 15 m și se întinde cam 800 m. Rânduri de celule care înăuntru semănă cu o baterie Volta, cu trei diferenţe importante. Bateria Volta funcţionează la temperatura camerei. E dotată cu electrozi solizi şi un electrolit, o soluţie de sare în apă. Celula Hall-Heroult operează la temperaturi înalte, o temperatură suficient de mare ca produsul metalic de aluminiu să fie lichid. Electrolitul nu e o soluţie de sare în apă, ci de sare topită. Această combinaţie de metal lichid, sare topită și temperaturi mari permite să trimitem curent de mare voltaj prin ea. Azi putem produce metal primar din minereu la preț mai mic de $1 /kg. Acesta e miracolul economic al electrometalurgiei moderne.
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.
Asta mi-a reținut atenţia încât am devenit obsedat de inventarea unei baterii care putea capta această uriașă economie la scară. Şi aşa am făcut. Am făcut bateria complet lichidă: metale lichide pentru ambii electrozi şi sare topită ca electrolit. Vă voi arăta. Am pus metal cu densitate mică deasupra, un metal cu desitate mare dedesubt, şi sare topită între.
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.
Acum, cum alegem metalele? Pentru mine, exerciţiul de design începe mereu aici cu tabelul periodic, enunţat de alt profesor, Dimitri Mendeleev. Tot ce cunoaștem e compus dintr-o anumită combinaţie a ceea ce vedeţi aici. Şi asta include propriile noastre corpuri. Îmi amintesc momentul într-o zi când căutam o pereche de metale care să îndeplinească constrângerile abundenţei în scoarța pământului, densități diferite, opuse şi reactivitate reciprocă ridicată. Am simţit satisfacţia realizării când am realizat că am găsit răspunsul. Magneziu pentru stratul de deasupra. Şi antimoniu pentru stratul de dedesubt. Trebuie să vă spun unul din cele mai mari beneficii ale profesoratului: creta colorată.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Pentru a produce curent, magneziu pierde 2 electroni devenind ion de Mg, care apoi migrează prin electrolit, acceptă 2 electroni de la Sb, iar apoi se amestecă formând un aliaj. Electronii îşi fac treaba în lumea de afară, dând energie dispozitivelor noastre. Pentru a încărca bateria, conectăm la o sursă de electricitate. Ar putea fi o fermă eoliană. Şi apoi inversăm curentul. Acesta forţează Mg să iasă din aliaj, să se reîntoarcă la electrodul de sus, restaurând constituţia iniţială a bateriei. Şi curentul ce trece între electrozi generează suficientă căldură pentru a-i menţine temperatura.
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.
Destul de tare, cel puţin în teorie. Dar funcţionează cu adevărat? Ce-i de făcut în continuare? Ne ducem în laborator. Voi angaja profesionişti experimentaţi? Nu, angajez un student, îl instruiesc, îl învăţ cum să gândească problema din perspectiva mea şi apoi îl las liber. Acesta e studentul, David Bradwell, care, în această imagine, pare să se întrebe dacă lucrul ăsta va funcţiona vreodată. Nu i-am spus lui David atunci că nici eu nu eram convins că va funcţiona.
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.
Dar David e tânăr şi inteligent şi vrea un doctorat, şi pornește să construiască -- (Râsete) Pornește să construiască prima baterie cu metale lichide bazată pe această chimie. Pe baza rezultatelor inițiale promiţătoare ale lui David, care au fost plătite cu fonduri private la MIT, am putut atrage fonduri de cercetare majore din partea sectorului privat şi de la guvernul federal. Iar asta mi-a permis să extind grupul la 20 de oameni, un amestec de masteranzi, post-doctoranzi și chiar câțiva studenți.
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."
Am putut atrage oameni extrem de buni, oameni care îmi împărtăşesc pasiunea pentru ştiinţă în serviciul societăţii, nu ştiinţă în scopul formării unei cariere. Dacă întrebaţi aceşti oameni de ce lucrează la bateria cu metale lichide, răspunsul lor ar reînvia remarcile Preşedintelului Kennedy la Universitatea Rice din 1962 când a spus -- parafrazez aici-- "Alegem să lucrăm la stocarea la nivel de reţea, nu pentru că e uşor, ci pentru că e greu."
(Applause)
(Aplauze)
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.
Iată evoluţia bateriei cu metale lichide. Începem aici cu calul de bătaie, celula de 1 Watt/h. Am numit-o păhărelul. Am operat peste 400 din astea, îmbunătățindu-le performanţa cu diverse elemente chimice -- nu doar cu Mg şi Sb. Pe parcurs am ajuns la celula de 20 W/h. O numesc pucul de hockey. Am obţinut aceleaşi rezultate remarcabile. Apoi a urmat discul, de 200 W/h. Tehnologia se dovedea a fi robustă şi accesibilă. Dar ritmul nu era destul de rapid. Aşadar acum un an şi jumătate, David şi cu mine, împreună cu alt cercetător de la catedră, am format o companie să accelerăm rata progresului şi cursa fabricării produsului.
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.
În prezent la LMBC construim celule cu diametrul de 40 cm cu o capacitate de 1 KW/h -- o capacitate de 1000 de ori mai mare decât celula păhărel iniţială. Pe asta o numim pizza. Apoi am avut la orizont o celulă de 4 KW/h. Va avea un diametru de 90 cm. O numim masa bistro, dar nu e încă pregătită pentru atenţia publicului. Într-o variantă a tehnologiei am stivuit aceste mese bistro în module, agregând modulele într-o baterie gigant care intră într-un container de 12 m, ce va fi amplasat în diverse locuri. Acesta are o capacitate de 2 MW/h = 2 milioane W/h. E destulă energie pentru a satisface cererile energetice zilnice a 200 gospodării din America. Aşadar iată stocarea la nivel de reţea: silenţioasă, fără emisii fără părţi care se mişcă, controlată de la distanţă, creată la preţul pieţii fără subvenţii.
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.
Ce am învăţat din toate astea? (Aplauze) Ce am învăţat din toate astea? Permiteţi-mi să împărtăşesc cu voi câteva dintre surprize, heterodoxii. Sunt dincolo de ce e vizibil. Temperatura: Înţelepciunea convenţională spune s-o coborâm aproape de temperatura camerei, apoi instalează un sistem de control s-o menţină scăzută. Evită instabilitatea termică. Bateria cu metale lichide e concepută să opereze la temperaturi înalte cu regularizare minimă. Bateria noastră poate rezista la creşteri mari de temperatură care apar din creşteri bruște de curent. Multiplicare: Înţelepciunea convenţională spune redu costurile producând la scară mare. Bateria cu metale lichide e concepută să reducă costurile producând mai puţine, dar mai mari. Și în fine, operatorii: Înţelepciunea convenţională spune angajează experţi, profesionişti experimentaţi, care își pot folosi experienţa şi cunoştinţele vaste. Pentru a dezvolta bateria cu metale lichide, am angajat studenţi şi doctoranzi pe care i-am instruit. Într-o baterie, mă străduiesc să maximizez potenţialul electric; în instruire, mă străduiesc să maximizez potenţialul uman. După cum vedeţi, povestea bateriei cu metale lichide e mai mult decât o simplă relatare a invenției tehnologiei, e un plan pentru a inventa inventatori: spectru complet.
(Applause)
(Aplauze)