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.
Nguồn điện cung cấp cho những bóng đèn trong phòng này được tạo ra chỉ cách đây có vài giây. Bởi vì những thứ có ở đây, hôm nay, nhu cầu sử dụng điện phải luôn cân bằng với việc cung cấp điện. Nếu trong khoảng thời gian tôi đi ra sân khấu này, có vài chục mega oát năng lượng gió ngừng chạy vào lưới điện, thì sự chênh lệch sẽ được lấp từ máy phát điện khác ngay lập tức. Các nhà máy than, nhà máy hạt nhân không thể đáp ứng kịp. Nhưng một bộ ắc quy lớn thì có thể Với một bộ ắc quy lớn, chúng ta có thể giải quyết được vấn đề gián đoạn ngăn cản năng lượng gió và mặt trời đóng góp điện năng vào mạng lưới điện giống như cách mà than, khí ga và năng lượng hạt nhân gây ra ngày nay.
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.
Bạn thấy đấy, bộ ắc quy là thiết bị quan trọng ở đây. Với nó, chúng ta có thể lấy năng lượng điện từ mặt trời cho dù mặt trời không chiếu sáng. Nó thay đổi mọi thứ. Vì suy cho cùng thì năng lượng tái tạo như gió và năng lượng mặt trời sinh ra từ những cái cánh, ngay tại sân khấu này. Hôm nay, tôi muốn nói cho các bạn nghe về một thiết bị như thế. Nó được gọi là bộ ắc quy "kim loại lỏng" Một kiểu dự trữ năng lượng mới mà tôi chế tạo ở Học viện kỹ thuật Massachusetts cùng với một nhóm sinh viên và các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ
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.
Chủ đề của hội thảo TED năm nay là về quang phổ toàn phần Từ điển tiếng anh Oxford đã định nghĩa quang phổ là "toàn bộ các dải bước sóng của bức xạ điện từ từ sóng vô tuyến dài nhất đến tia gama ngắn nhất mà dải ánh sáng có thể nhìn thấy được chỉ là một phần nhỏ." Vì thế tôi không đến đây chỉ để nói cho các bạn cách mà chúng tôi rút ra được từ thiên nhiên một giải pháp đối phó với một trong những vấn đề vĩ đại của thế giới. tôi muốn thực hiện quang phổ toàn phần và giải thích trong quá trình phát triển công nghệ mới này chúng tôi đã phát hiện ra vài hệ thống không chính thống mà có thể dùng làm bài học cho sự đột phá, những ý tưởng đáng được phổ biến Và các bạn biết rằng nếu chúng ta muốn đưa cho đất nước chúng ta ra khỏi tình trạng năng lượng như hiện nay chúng ta không thể cứ bảo thủ, chúng ta không thể cứ khoan ra, chúng ta không thể đánh bom ra. Chúng ta sẽ làm theo cách lạc hậu của người Mỹ, chúng ta sẽ phát minh ra, và làm việc cùng nhau.
(Applause)
(Tán dương)
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.
Bắt đầu nào Bộ ắc quy đã được chế tạo cách đây 200 năm do một giáo sư, Alessandro Volta, ở trường đại học Padua nước Ý Phát minh của ông đã cho ra đời một lĩnh vực khoa học mới ngành hóa điện, và những kỹ thuật mới chẳng hạn như thuật mạ điện. Có thể nhận thấy, Bộ ắc quy của Volta cũng là lần đầu tiên cho thấy sự hữu dụng của một giáo sư. (Tiếng cười) Trước Volta, không ai có thể tưởng tượng được một giáo sư có thể làm được bất kì điều gì.
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.
Đây là bộ pin đầu tiên một chồng tiền xu, kẽm và bạc, bị cách ly bởi giấy bồi có tẩm nước biển Đây là điểm khởi đầu để thiết kế một bộ pin -- 2 điện cực, trong trường hợp này những kim loại có thành phần khác nhau và một chất điện phân, trong trường hợp này, muối tan trong nước. Khoa học đơn giản vậy đấy. Phải công nhận, tôi đã bỏ qua một vài chi tiết.
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.
Bây giờ tôi sẽ chỉ cho các bạn thấy khoa học về ắc quy rất dễ hiểu và nhu cầu dự trữ mức độ lưới điện là hợp lý, nhưng thực tế ngày nay vẫn chưa có kỹ thuật về ắc quy có thể đáp ứng được những đòi hỏi về hiệu suất lưới điện đó là công suất lớn đặt biệt, thời gian sử dụng lâu và giá cực rẻ Chúng ta phải nghĩ đến vấn đề này theo một cách khác, Một cái gì đó lớn, Một cái gì đó rẻ.
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.
Cho nên hãy bỏ đi kiểu tìm kiếm một chất hóa học tuyệt vời nhất rồi hy vọng chúng ta sẽ có thể hạ thấp giá thành bằng việc tạo ra thật nhiều sản phầm. Thay vào đó, hãy phát minh theo giá của thị trường điện. Điều đó có nghĩa là một số phần trong bảng tuần hoàn rõ ràng là nằm ngoài giới hạn. Bộ ắc quy này cần được tạo ra từ những nguyên tố có nhiều trong đất Ý tôi là nếu bạn muốn tạo ra cái gì đó rẻ như bèo, hãy tạo ra cái gì gì... đó (Tiếng cười) tốt nhất là rẻ mà có nguồn gốc từ địa phương. Và chúng ta có thể thực hiện điều đó bằng việc sử dụng các kỹ thuật và nhà máy chế tạo đơn giản không tốn nhiều của cải.
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.
Vì thế, cách đây khoảng 6 năm Tôi đã bắt đầu nghĩ về vấn đề này. Và để làm theo ý tưởng mới, Tôi đã tìm đến nguồn cảm hứng ngoài dự trữ điện Thực sự, tôi đã tìm ra một kỹ thuật không dự trữ cũng không tạo ra điện, thay vào đó, nó tiêu thụ điện, với số lượng lớn. Tôi đang nói đến việc sản xuất nhôm. Tiến trình được phát minh vào năm 1886 do hai thanh niên 22 tuổi Hall ở Mỹ và Heroult ở Pháp. Và chỉ vài năm ngắn ngủi sau phát minh của họ, nhôm đã thay đổi từ một thứ kim loại quý như bạc trở thành vật liệu xây dựng phổ biến.
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.
Bạn đang nhìn ngôi nhà nhỏ của một thợ nung nhôm hiện đại. Nó rộng khoảng 50 feet (~15m) và kéo dài ra phía sau khoảng 1 dặm với nhiều ô ngăn bên trong cũng giống như ắc quy của Volta có 3 điểm khác nhau quan trọng. Ắc quy Volta hoạt động với mức nhiệt độ trong phòng. Nó khớp với các điện cực thể rắn và chất điện phân, đó là một dung dịch muối. Pin của Hall và Heroult hoạt động ở nhiệt độ cao, nhiệt độ đủ cao để làm cho nhôm thành chất lỏng Chất điện phân không phải là dung dịch muối và nước, mà là muối tan chảy. Đó là sự kết hợp của kim loại lỏng muối nóng chảy và nhiệt độ cao cho phép chúng ta đưa dòng điện cao thế qua vật này. Ngày nay, chúng ta có thể sản xuất ra kim loại nguyên sinh từ quặng với giá thấp hơn 50 xu một Pao. Đó là một điều kỳ diệu của ngành luyện kim điện hiện đại.
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.
Điều này đã thu hút sự quan tâm của tôi đến mức tôi bị ám ảnh về việc chế tạo một loại ắc quy mà có thể chiếm lĩnh nền kinh tế khổng lồ kia. Và tôi đã làm được tôi đã tạo ra bộ ắc quy bằng chất lỏng -- kim loại lỏng cho cả hai điện cực và muối nóng chảy cho chất điện phân. Tôi sẽ chỉ cho các bạn thấy. Tôi đã đặt kim loại lỏng có khối lượng riêng thấp lên trên, đặt kim loại lỏng có khối lượng riêng lớn bên dưới, còn muối nóng chảy ở giữa.
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.
Vậy thì, làm thế nào để chọn các kim loại? Theo tôi, thực hiện bản thiết kế luôn bắt đầu từ đây, với bảng tuần hoàn, được phát hiện nhờ một "giáo sư" khác, Dimitri Mendeleyev. những gì chúng ta biết đều được tạo nên từ những sự kết hợp của những thứ được mô tả ở đây. Nó còn bao gồm cơ thể chúng ta nữa. Tôi còn nhớ một ngày rất trọng đại khi tôi đang tìm một cặp kim loại thỏa mãn điều kiện có nhiều trong đất, khối lượng riêng khác nhau, trái ngược nhau và có khả năng phản ứng với nhau cao. Tôi rất vui khi nhận thấy mình biết mình tìm ra câu trả lời. Magie ở lớp trên cùng. Còn ang-ti-moan nằm ở lớp dưới cùng. Tôi muốn nói cho các bạn biết, một trong những lợi ích lớn nhất của việc làm giáo sư: phấn màu.
(Laughter)
(Tiếng cười)
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.
Để tạo ra dòng điện, Magie mất đi 2 electron trở thành ion magie, sau đó đi qua chất điện phân, nhận 2 electron từ ang-ti-moan, sau đó kết hợp với nó hình thành nên một hợp kim. Các electron hoạt động trong thế giới thực ở đây, truyền năng lượng vào các thiết bị. Bây giờ để nạp điện vào ắc quy, chúng ta nối một nguồn điện. Có thể nó là nông trại đầy gió. Sau đó, ta đảo ngược dòng điện. Hiện tượng này thúc đẩy magie tách khỏi hợp kim và trở về điện cực bên trên, phục hồi cấu tạo ban đầu của ắc quy. Còn dòng điện chạy qua giữa các điện cực tạo nên độ nóng đủ để duy trì nhiệt độ
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.
Thật tuyệt, ít nhất là về lý thuyết, Nhưng thực tế nó có hoạt động? Vậy nên làm gì tiếp theo? Chúng tôi đến phòng thí nghiệm. Bấy giờ, tôi có thuê những chuyên gia không? Không, tôi thuê một sinh viên và dạy cho cậu ấy, chỉ cậu ấy cách nghĩ đến vấn đề, hiểu nó từ quan điểm của tôi rồi để cho cậu ấy tự xoay sở. Đây là người sinh viên đó, David Bradwell, người trong bức ảnh này, đang tự hỏi liệu cái này có bao giờ hoạt động không. Lúc đó tôi không nói cho David biết là chính tôi cũng không đảm bảo rằng nó sẽ hoạt động.
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.
David còn trẻ và thông minh cậu ấy muốn trở thành tiến sĩ, nên cậu ấy đã tiếp tục làm (Tiếng cười) Cậu ấy tiếp tục chế tạo chiếc ắc quy kim loại lỏng đầu tiên cho ngành hóa học. Và dựa vào những kết quả đầu tiên đầy hứa hẹn được trả bằng quỹ cây giống ở học viện kỹ thuật Massachuset Tôi có thể thu hút quyên góp quỹ nghiên cứu chuyên đề từ thành phần kinh tế tư nhân và chính phủ liên bang. Nó giúp tôi mở rộng nhóm lên tới 20 thành viên. bao gồm cả sinh viên mới tốt nghiệp, sau tiến sĩ và thậm chí có vài người chưa tốt nghiệp
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."
Tôi có thể triệu tập được những người thực sự giỏi, những người cùng chia sẻ đam mê với tôi về khoa học và phục vụ cho xã hôi, không có khoa học và dịch vụ dành cho nghề nghiệp. Và nếu bạn hỏi họ tại sao lại tiếp tục làm việc với ắc quy kim loại lỏng, câu trả lời sẽ giống với lời nhận xét của tổng thống Kennedy ở đại học Rice năm 1962 khi ông nói - Tôi xin mạn phép - "Chúng ta chọn công việc dự trữ mạng lưới điện, không phải vì nó dễ làm, mà vì nó khó".
(Applause)
(Tán dương)
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.
Vì thế, đây là bước phát triển của bình ắc quy thủy tinh kim loại. Ở đây, chúng tôi sử dụng cục pin 1W/h ở trạm cứu tế. Tôi gọi nó là ly shotglass - ly chúc tửu. Chúng tôi đã điểu khiển trên 400 cục pin, hoàn thiện hiệu suất của nó bằng nhiều chất hóa học không chỉ có magie và ăng-ti-moan. Theo cách này, chúng tôi đã tăng cường thêm pin 20 W/h. Tôi gọi nó là bóng hockey puck - khúc côn cầu. Và chúng tôi có những kết quả đáng chú ý. Sau đó, là đến saucer - đĩa hứng nước. Với 200 W/h. Kỹ thuật này đang tự chứng tỏ rằng nó tốt và có thể thay đổi. Nhưng tốc độ vẫn chưa đủ nhanh. Vì thế, một năm rưỡi trước, David và tôi, cùng với thành viên khác trong nhóm nghiên cứu, đã thành lập một công ty để thúc đẩy tốc độ tiến triển và chạy đua trong sản xuất.
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.
Vì vậy, ở LMBC, chúng tôi đã tạo ra pin với đường kính 16 inch (~41cm) có công suất 1 KW/h -- gấp ngàn lần so với công suất của pin gọi là ly rượu chúc tửu (shotglass) ban đầu. Chúng tôi gọi nó là pizza. Sau đó, chúng tôi có loại pin 4 KW/h sắp xuất hiện. Nó sẽ có đường kính 36 inch (~91cm). Chúng tôi gọi nó là bàn rượu, nhưng nó chưa sẵn sàng cho giờ cao điểm. Một biến thể kỹ thuật xếp những mặt bàn quán ba này chồng lên thành khối, tập hợp những khối này với nhau tạo thành bộ ắc quy lớn bằng một container vận chuyển 40 feet (~12m) để thay thế. Nó có công suất 2 mega-oát 1 giờ 2 triệu W/h Năng lượng đủ để đáp ứng nhu cầu sử sụng điện hàng ngày của 200 hộ ở Mỹ Vậy là bạn có nó, giữ cân bằng lưới điện yên lặng, không bức xạ, không có những bộ phận di động, được kiểm soát từ xa, phù hợp với điểm chỉ giá thị trường không cần tiền trợ cấp.
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.
Vậy chúng ta học được gì từ điều đó? (Tán dương) Vậy chúng ta học được gì từtất cả những điều này? Tôi sẽ chia sẻ với các bạn vài điều đáng kinh ngạc, sự không chính thống. Chúng nằm ngoài phạm vi có thể nhìn thấy được. Nhiệt độ: kiến thức phổ thông cho rằng để nó thấp bằng hoặc gần nhiệt độ trong phòng, sau đó, cài đặt hệ thống kiểm soát để giữ mức đó. Không để nhiệt độ chạy mất. Bộ ắc quy kim loại lỏng được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ cao theo quy luật tối thiểu. Bộ ắc quy của chúng tôi có thể xử lý khi nhiệt độ tăng quá cao do sự dao động dòng điện. Thang tỉ lệ: kiến thức phổ phông cho rằng hãy giảm giá bằng cách sản xuất nhiều. Bộ ắc quy kim loại lỏng được thiết kế để giảm giá bằng cách sản xuất ít, nhưng lớn hơn. Cuối cùng, đối với nguồn nhân lực: kiến thức phổ thông cho rằng hãy thuê những chuyên gia về ắc quy, những chuyên gia kinh nghiệm, những người có thể sử dụng kinh nghiệm và lượng kiến thức khổng lồ của họ. Để phát triển bộ ắc quy kim loại lỏng, Tôi thuê sinh viên và học viên sau tiến sĩ và hướng dẫn họ. Trong một bộ ắc quy, tôi cố gắng tăng tối đa điện thế; khi hướng dẫn, tôi cố gắng tăng tối đa tiềm năng về con người. Vì thế bạn thấy đấy, câu chuyện về bộ ắc quy thủy tinh kim loại thì sẽ hơn một bảng báo cáo phát minh kỹ thuật, đó là một bản thiết kế chi tiết cho các nhà phát minh, quan phổ toàn phần.
(Applause)
(Tán dương)