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.
Bu tiyatrodaki ışıkların kullandığı elektrik sadece birkaç dakika önce üretildi. Çünkü, günümüzün standartlarına göre, elektrik talebi ile elektrik arzı dengede olmak zorunda. Eğer ben bu sahneye çıkana kadar geçen sürede rüzgâr enerjisinden gelen onlarca megavat şebekeye akmayı durdursaydı, aradaki fark anında diğer jenaratörlerce kapatılmak zorunda olacaktı. Ancak, kömür santralleri ve nükleer santraller yeterince hızlı cevap veremezler. Devasa bir pil (batarya) yapabilir. Devasa bir pil ile, rüzgâr ve güneş enerjisinin aralıklı olması yüzünden bugün kömür, gaz ve nükleerde olduğu gibi şebekeye katkı sağlamakta yetersiz kalması sorununa bir çözüm bulabilirdik.
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.
Görüyorsunuz ki, pil burada bu olanağı sağlayan anahtar cihaz. Pil ile güneşten, parlamazken bile, elektrik çekebilirdik. Ve bu, her şeyi değiştirir. Çünkü bu sayede, rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerjiler yardımcı görevlerden sıyrılıp başrole geçecekler. Bugün size böyle bir cihazdan bahsetmek istiyorum. Sıvı metal pil (liquid metal battery) olarak adlandırılıyor. Bu, MIT'de öğrencilerim ve doktora sonrası öğrencilerinden oluşan ekibimle birlikte icat ettiğim yeni bir enerji depolama yöntemi.
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.
Bu yılın TED Konferansı'nın konusu Tam Spektrum (Full Spectrum). Oxford İngilizce Sözlüğü (OED), spektrumu şöyle tanımlıyor, "Görünen ışığın yalnızca küçük bir kısmını oluşturduğu, en uzun radyo dalgalarından en kısa gama ışınlarına kadar, elektromagnetik radyasyonun tüm dalga boylarıdır.". Bugün burada size sadece MIT'deki ekibimin dünyanın en büyük sorunlarından birine nasıl doğadan bir çözüm bulduğunu anlatmayacağım. Tam kapsamlı olmak istiyorum ve size bu yeni teknolojinin geliştirme sürecinde, inovasyon için ders olarak hizmet edebilecek şaşırtıcı aykırıkları, yaymaya değer fikirleri nasıl ortaya çıkardığımızı anlatmak istiyorum. Ve biliyorsunuz ki, eğer bu ülkeyi mevcut enerji darboğazından çıkaracaksak, sadece yolumuzu koruyamayız, sadece yolumuzu açamayız ve yolumuzu patlatamayız da. Bunu eski stil Amerikan yöntemiyle yapacağız, yolumuzu icat edeceğiz, birlikte çalışarak.
(Applause)
(Alkış)
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.
Hadi başlayalım. Batarya (pil), 200 yıl önce Alessandro Volta isimli bir profesör tarafından İtalya'da Padua Üniversitesi'nde icat edildi. Bu icat yeni bir bilim doğurdu, elektrokimya ve yeni teknolojilere hayat verdi, elektro kaplama gibi. Muhtemelen küçümsendi ama, Volta'nın bataryayı icat etmesi ayrıca ilk defa bir profesörün yararını da gösterdi. (Kahkaha) Volta'ya kadar hiç kimse bir profesörün bir işe yarayacağını hayal bile edemezdi.
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.
İşte ilk batarya- çinko ve gümüşten bir yığın bozuk para, tuzlu suya batırılan mukavva ile ayrılmış. Bu, bir batarya tasarımı için başlangıç noktasıdır- iki elektrot, bu örnek için farklı kompozisyonlara sahip metaller ve bir elektrolit, bu örnek için suda çözülmüş tuz. Teknik bu kadar basit. Kabul ediyorum ki, bazı detayları atladım.
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.
Şimdi size batarya biliminin basitliğini ve şebeke seviyesi depolamanın zorluğunu göstermiş oldum. Ama gerçek şu ki, günümüzde şebekenin yüksek performans gerekliliklerini karşılayabilecek bir batarya teknolojisi yok- yani, olağan dışı yüksek güç, uzun kullanım ömrü ve çok düşük maliyet. Bu problem üzerinde farklı şekilde düşünmeliyiz. Büyük düşünmeliyiz, ucuz düşünmeliyiz.
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.
Bu yüzden, havalı kimya araştırmaları ardından bir sürü ürün çıkararak maliyet eğrisini yakalayabileceğimizi umut etme görüşünden vazgeçelim. Yerine, elektrik borsasının hedef fiyatına uygun ürünler icat edelim. Bunun anlamı, periyodik tablonun belli bölümlerinin kesinlikle limitlerimizin dışında olduğudur. Bu batarya, dünyada bolca bulunan elementlerden yapılmalı. Ben derim ki, eğer bir şeyi bedava yapmak istiyorsanız, topraktan yapın- (Kahkaha) tercihen yerel olarak elde edilen topraktan. Ve bu şeyi basit üretim teknikleri ile bir servete mal olmayacak fabrikalarda üretebilmeliyiz.
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.
Aşağı yukarı altı yıl önce, bu problem üzerine düşünmeye başladım. Ve yeni bir bakış açısı benimsemek için, elektrik depolama alanının ötesinde bir ilham aradım. Aslında, ne elektrik depolayan, ne de elektrik üreten bir teknolojiye, bunun yerine çok yüksek miktarlarda elektrik tüketen bir teknolojiye baktım. Alüminyum üretiminden bahsediyorum. Süreç 1886'da 22 yaşında iki kişi tarafından icat edildi, Birleşik Devletler'den Hall ve Fransa'dan Heroult. Ve keşiflerinden sadece birkaç yıl sonra, alüminyum gümüş kadar pahalı bir metalden bir genel yapı malzemesine dönüştü.
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.
Modern bir alüminyum dökümhanesinin hücre evine bakıyorsunuz. Yaklaşık 50 fit genişliğinde, ve yarım mile kadar uzanıyor, içinde Volta'nın bataryasını andıran, sıra sıra dizilmiş hücreler var, ancak üç temel farkla. Volta'nın bataryası oda sıcaklığında çalışır. Katı elektrotlar ile su ve tuzdan oluşan bir elektrolit yerleştirilmiştir. Hall-Heroult hücresi yüksek sıcaklıklarda çalışır, alüminyum metalini sıvı tutacak kadar yüksek bir sıcaklıkta. Elektrolit ise su ve tuz çözeltisi değil, ergimiş tuzdur. Bu şeyden yüksek akım geçirmemize izin veren, sıvı metal, ergimiş tuz ve yüksek sıcaklık birleşimidir. Günümüzde, cevherden saf metali libresi 50 sentten daha ucuza üretebiliyoruz. Bu, modern elektrometalürjinin ekonomik mucizesidir.
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.
Benim dikkatimi çeken ve bende böylesi bir devasa ölçek ekonomisini yakalayabilecek bir batarya icat etme takıntısı yaratan işte budur. Ve yaptım da. Bataryayı tamamen sıvı yaptım, her iki elektrot için sıvı metaller ve elektrolit için ergimiş tuz. Size nasıl yapıldığını göstereceğim. Üste düşük yoğunluklu sıvı metali koydum, alta yüksek yoğunluklu metali ve araya ergimiş tuzu koydum.
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.
Şimdi, metaller nasıl seçilmeli? Benim için, tasarım egzersizi her zaman burada, diğer bir profesör Dimitri Mendeleyev'in oluşturduğu periyodik tablo ile başlar. Bildiğimiz her şey, burada gösterilenlerin bir kombinasyonundan oluşur. Ve buna kendi bedenlerimiz de dâhil. Bir gün, bolca bulunabilirlik, farklılık, zıt yoğunluk ve ortak yüksek reaktivite kısıtlarını karşılayacak bir metal çifti aradığım o anı hatırlıyorum. Cevabı bulduğumu fark ettiğimde, gerçekleştirmenin heyecanını hissettim. Üst tabaka için magnezyum. Alt tabaka için antimon Bilirsiniz, size söylemeliyim, profesör olmanın en büyük getirilerinden biri: Renkli tebeşir.
(Laughter)
(Kahkaha)
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.
Akım üretebilmek için magnezyum iki elektron kaybederek magnezyum iyonu oluşturur, bu iyon elektrolit boyunca ilerler, antimondan iki elektron kabul eder ve bir alaşım oluşturmak üzere onunla karışır. Elektronlar dışarıdaki gerçek dünyaya giderler, cihazlarımızı çalıştırırlar. Bataryayı şarj etmek için bir elektrik kaynağı bağlarız. Rüzgâr tarlası gibi bir şey olabilir. Ve sonra akımı tersine çeviririz. Bu magnezyumu alaşımdan çıkmaya zorlar ve magnezyumu üst elektrota geri göndererek bataryanın ilk hâline dönmesini sağlar. Ve elektrotlar arasından geçen akım yeterli ısı üreterek bataryayı uygun sıcaklıkta tutar.
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.
Bu oldukça güzel, en azından teoride. Ama gerçekten çalışıyor mu? Peki bundan sonra ne yapılmalı? Laboratuvara gidelim. Deneyimli profesyonelleri mi işe alsam? Hayır, bir öğrenci işe alıp ona rehberlik yaparım, ona problem üzerinde nasıl düşüneceğini, benim bakış açımdan nasıl bakacağını öğretirim ve onu serbest bırakırım. Bu, o öğrenci David Bradwell, resimde bunun çalışıp çalışmayacağını merak eder gibi görünüyor. O zaman David'e söylemediğim şey, kendimin bile bunun çalışacağına ikna olmamış olmamdı.
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.
Ama, David genç, zeki ve doktora derecesi istiyor, bu sebeple yapmaya girişti. (Kahkaha) Bu kimyaya sahip olarak üretilen ilk sıvı metal bataryayı yapmaya başladı. Ve David'in, MIT'den çekirdek sermayeyle fonlanan ve gelecek vaat eden ilk sonuçları sayesinde, özel sektörden ve federal hükümetten büyük yatırımlar çekmeyi başardım. Ve bu ekibimi, yüksek lisans öğrencileri, doktora sonrası araştırmacılar ve hatta bazı lisans öğrencilerinden oluşan 20 kişilik bir ekip olarak genişletmeme olanak sağladı.
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."
Gerçekten iyi, çok iyi insanları gruba çekebildim, bilim ve topluma hizmet için tutkumu paylaşan insanlar, kariyer yapmak için bilim ve hizmet değil. Eğer bu insanlara neden sıvı metal bataryalar üzerine çalıştıklarını sorarsanız, cevapları Başkan Kennedy'nin 1962'de Rice Üniversitesi'nde söylediklerini hatırlatacaktır. Müsaadenizle şöyle söylemek istiyorum- "Şebeke seviyesi depolama konusunda çalışmayı tercih ettik, kolay olduğu için değil, zor olduğu için."
(Applause)
(Alkış)
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.
Bu, sıvı metal bataryanın evrim sürecidir. Saatte bir vat üreten vefakâr hücremizle işe koyulduk. Ben onu fondip kadehi (shotglass) olarak adlandırdım. Bunlardan 400 taneden fazlasını çalıştırdık, performanslarını mükemmelleştirmek için farklı bileşimler denedik, sadece magnezyum ve antimonu değil. Çalışmalar sırasında 20 vat-saatlık hücre büyüklüğüne ulaştık. Bunu hokey diski (hockey puck) olarak isimlendirdim. Ve aynı dikkat çekici sonuçlara ulaştık. Ve sonrasında sıra çay tabağına (saucer) geldi. 200 vat-saat olan. Teknoloji, kendini stabil ve ölçeklenebilir olduğuna dair kanıtlıyordu. Ama bu tempo bizim için yeterli değildi. Bu yüzden bir buçuk yıl önce, David, ben, ve bir diğer araştırma görevlisi ile birlikte ilerlemeyi hızlandırmak ve bir an önce ürün çıkarabilmek için bir şirket kurduk.
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.
Bugün LMBC'de 16 inç çapa sahip, bir kilovat-saat kapasiteli, yani başlangıçtaki fondip kadehi hücresinin 1000 katı kapasiteye sahip olan hücreler üretiyoruz. Bunu pizza olarak adlandırdık. Ufukta dört kilovat-saat kapasiteli bir hücre var. 36 inç çapında olacak. Bunu bistro masası (bistro table) diye isimlendirdik, ama henüz görücüye çıkmaya hazır değil. Teknolojinin bir varyasyonu, bu bistro masalarını modüller halinde istiflememize ve modülleri sahada yerleştirmek üzere 40 fitlik nakliye konteynırlara sığan devasa bir batarya olarak biraraya getirmemize olanak veriyor. Ve bu, iki megavat-saat nominal kapasiteye sahip- iki milyon vat-saat. Bu miktarda enerji 200 Amerikan hanesinin günlük elektrik ihtiyacını karşılamak için yeterli. İşte artık şebeke seviyesi depolamaya sahipsiniz: Sessiz, emisyonsuz, hareketli parçaları yok, uzaktan kontrollü, sübvansiyon olmaksızın pazar fiyatlarına göre tasarlandı.
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.
Evet, şimdi bütün bunlardan ne öğrendik? (Alkış) Evet, şimdi bütün bunlardan ne öğrendik? Sizinle bazı sürprizleri ve olağan dışı durumları paylaşmama izin verin. Görünenin ardındakileri. Sıcaklık: Geleneksel bilim düşük sıcaklık öneriyor, oda sıcaklığını veya yakınlarını ve sıcaklığı korumak için bir kontrol sistemi kurmayı. Isıl kaçaklarını engelle. Sıvı metal batarya yüksek sıcaklıklarda çalışmak üzere tasarlandı, en az ayarlama ile. Bizim bataryamız akım dalgalanmalarından kaynaklanan çok yüksek sıcaklıklarla baş edebilir. Ölçeklendirme: Geleneksel akıl der ki; çok üreterek maliyeti düşür. Sıvı metal bataryalar az üretilerek maliyeti düşürmek üzere tasarlandı, ama daha büyük olacaklar. Ve son olarak, insan kaynakları: Geleneksel akıl der ki; batarya uzmanlarını işe al, deneyimli profesyonelleri, geniş tecrübeleri ve bilgilerinden faydalanabilecek insanları. Sıvı metal bataryayı geliştirmek için öğrencileri ve doktora sonrası araştırmacıları işe aldım ve onlara danışmanlık yaptım. Bir bataryada, elektriksel potansiyeli maksimize etmek için didindim; danışmanlık yaparken, insan potansiyelini maksimize etmek için didindim. Görüyorsunuz ki, sıvı metal bataryanın hikâyesi bir teknoloji icat etmekten daha fazlası, bu bir mucit yetiştirme planı,
(Applause)
tam spektrum.