Elenergin till lamporna i denna teater
producerades alldeles nyss.
För det är så det fungerar i dag,
förbrukningen av el måste vara i ständig balans
med tillförseln av el.
Om det slutade komma in några tiotals megawatt
av vindkraft i elnätet
under tiden som det tog för mig att komma fram på scenen,
så skulle skillnaden omedelbart behöva produceras
från andra generatorer
Men kolkraftverk, kärnkraftverk
kan inte svara tillräckligt fort.
Ett gigantiskt batteri skulle dock kunna göra det.
Med ett gigantiskt batteri skulle vi kunna
lösa problemet med oregelbundenheten
som förhindrar vind- och solenergi
från att bidra till elkraft på nätet på samma sätt
som kol, naturgas och kärnkraft gör i dag.
För ni förstår, batteriet
är här den möjliggörande nyckelkomponenten.
Med det skulle vi kunna ta ut el från solen
även när inte solen skiner.
Det ändrar allt.
Därför att då skulle det förnybara
som vind och sol
komma loss från sin sidoposition,
och in på huvudscenen.
I dag vill jag berätta om en sådan sak.
Det kallas "flytande metall"-batteriet.
Det är en ny form av energilagring
som jag uppfann på MIT
tillsammans med mitt lag av studenter
och forskarassistenter (post-docs).
Nu är temat för denna TED-konferens det "Hela Spektrumet".
Oxfords engelska ordbok (OED) definierar spektrum
som "Hela området av våglängder
av elektromagnetisk strålning,
från de längsta radiovågorna till de kortaste gammastrålarna,
av vilket området med synbart ljus
endast är en lite del."
Så jag är inte här i dag för tala om
hur min grupp på MIT i naturen hittat
en lösning till ett av världens största problem.
Jag vill gå längs hela spektrumet och berätta hur,
under utvecklingsprocessen av
denna nya teknologi,
vi upptäckte några överraskande motsägelser
som kan tjäna som inspiration för innovationer,
idéer värda att spridas.
Och ni vet,
om vi ska få detta land ur den nuvarande energisituationen,
kan vi inte bara spara oss ur den;
kan vi inte bara borra oss ur den
kan vi inte bara bomba oss ur den.
Vi kommer att göra det på det gamla goda amerikanska sättet,
vi kommer uppfinna oss ur det,
genom att arbeta tillsammans.
(Applåder)
Så låt oss nu börja.
Batteriet uppfanns för ungefär 200 år sen
av en professor, Alessandro Volta
vid Pavias universitet i Italien.
Hans uppfinning gav upphov till en ny vetenskapsgren,
elektrokemi
och nya teknologier
som elektroplättering.
Kanske något som förbisetts
är att Voltas uppfinning av batteriet,
samtidigt var första gången
nyttan med en professor demonstrerades.
(Skratt)
Före Volta, kunde ingen föreställa sig att
en professor skulle göra någon nytta överhuvudtaget.
Här är det första batteriet --
en stapel av mynt i zink och silver,
skilda av kartong, indränkt i saltlösning.
Detta är startpunkten
för att utforma ett batteri --
två elektroder,
i detta fall två metaller av olika sammansättning,
och en elektrolyt,
i detta fall salt löst i vatten.
Så enkel är den vetenskapen.
Medvetet har jag utelämnat några detaljer.
Jag har nu lärt er
att batterivetenskapen är rättfram
och behovet av lagring på kraftnätsnivån
är tilltalande,
men faktum är
att i dag finns det helt enkelt ingen batteriteknik
som kapabel att möta
de tilltagande prestandabehovet i kraftnätet --
nämligen den ovanligt höga effekten,
den långa livslängden
och en väldigt låg kostnad.
Vi behöver tänka annorlunda.
Vi behöver tänka stort,
vi behöver tänka snålt.
Så låt os överge paradigmet
att "låt oss söka efter den coolaste kemin
och förhoppningsvis kan vi trycka ned kostnadskurvan
genom att göra ett mycket stort antal av dem."
Låt oss istället uppfinna
så vi möter kostnadskurvan hos elmarknaden.
Detta betyder
att vissa delar av det periodiska systemet
är omöjliga att använda, på grund av ämnenas egenskaper där.
Detta batteri behöver göras
av vanligt förekommande grundämnen.
Jag säger, om man vill göra något som är skitbilligt,
så måste man göra det av jord --
(Skratt)
helst av jord
från lokala källor.
Och vi kommer behöva bygga denna sak
genom att använda enkla tillverkningstekniker och fabriker
som inte kostar en förmögenhet.
För ungefär sex år sen,
började jag tänka på detta problem.
För att kunna tillämpa ett nyskapande perspektiv
sökte jag inspiration långt utanför fältet hur man lagrar el.
Faktum är att jag tittade på teknik
som varken lagrar eller generar elektricitet,
men som istället förbrukar el och
enorma mängder av det.
Jag pratar om aluminiumproduktion.
Den processen uppfanns 1886
av några 22 åringar --
Hall i USA och Héroult i Frankrike.
Och bara på några få år som följde efter deras upptäckt,
så förändrades aluminium
från att vara en dyrbar metall som kostade som silver
till att bli ett vanligt konstruktionsmaterial.
Nu ser ni cellhusen i ett modernt aluminiumsmältverk.
Verket är cirka 12 meter brett (50 fot)
och sträcker sig ungefär 8 kilometer--
rader efter rader av celler
som, inuti, påminner om Voltas batteri,
men med tre viktiga skillnader.
Voltas batteri fungerar vid rumstemperatur.
Det har fasta elektroder
och en elektrolyt som består av en lösning av salt och vatten.
Hall-Héroults cell
arbetar vid högre temperatur,
vid en temperatur hög nog
att hålla aluminiumet flytande.
Elektrolyten
är inte att lösning av salt och vatten
det är snarare smält salt.
Det är denna kombination av flytande metall,
smält salt och hög temperatur
som tillåter oss att sända en hög ström genom den.
I dag kan vi producera jungfrulig metall av malm
som kostar mindre än 15 kr/kg (50 cent per pund).
Det är ett ekonomiskt under som
skapats av modern elektrometallurgi.
Det var det här som fångade och höll kvar min uppmärksamhet
till en punkt där jag blev besatt av att uppfinna ett batteri
som kunde innefatta alla dessa gigantiska stordriftsfördelar.
Och jag gjorde det.
Jag gjorde batteriet helt flytande --
flytande metaller för båda elektroderna
och ett smält salt som elektrolyt.
Jag kommer visa er hur.
Så jag placerar flytande metall
med låg densitet på toppen,
placerar en flytande högdensitetsmetall i botten,
och ett smält salt mellan dem.
Så nu,
hur ska man välja metallerna?
För mig börjar designuppgiften
alltid här
med det periodiska systemet,
framtaget av en annan professor
Dmitrij Mendelejev.
Allting som vi känner till
är gjort av några kombinationer
som du kan se avbildade här.
Och det inkluderar våra egna kroppar.
Jag kommer ihåg stunden den där dagen
när jag sökte efter ett metallpar
som skulle möta begränsningarna
i tillgänglighet,
av olika och motsatt densitet
och hög ömsesidig reaktivitet.
Jag kände en rysning när jag insåg
att jag kommit fram till svaret.
Magnesium för topplagret.
Och antimon
för bottenlagret.
Och ni vet, jag måste berätta:
en av de största fördelarna med att vara professor:
färgade kritor.
(Skratt)
För att producera ström,
tappar magnesium två elektroner
och blir en magnesiumjon,
vilken sedan migrerar genom elektrolyten,
tar emot två elektroner från antimonet,
vilket blandar sig och skapar en legering.
Elektronerna går till arbetet
i den verkliga världen här ute
och ger kraft till våra apparater.
Vi laddar batteriet
genom att koppla det till en elektricitetskälla.
Det skulle kunna vara till exempel en vindkraftspark.
Och då reverserar vi strömmen.
Och det tvingar magnesiumet att skilja sig från legeringen
och återgå till den övre elektroden och
återställa det initiala tillståndet hos batteriet.
Och genom att låta strömmen passera mellan elektroderna
tillförs tillräckligt med värme för att hålla temperaturen.
Det är ganska coolt,
i varje fall i teorin.
Men funkar det verkligen?
Så vad gör man i nästa steg?
Vi går till laboratoriet.
Men anställer jag nu erfarna fackmän?
Nej, jag anställer en student
och är hans mentor,
lär honom om hur jag tänker kring problemet,
för han ska se det ur mitt perspektiv
och sen släpper jag lös honom.
Det här är studenten, David Bradwell,
vilken i denna bild
verkar undrar om detta någonsin kommer att fungera.
Vad jag då inte berättade för David
var att jag själv inte var övertygad om att detta skulle fungera.
Men David är ung, han är smart,
han vill bli doktor (PhD.),
och han fortsätter att bygga.
(Skratt)
Han fortsätter att bygga
det första flytande metallbatteriet någonsin,
med denna typ av kemi.
Baserat på Davids lovande preliminära resultat,
vilka betalades med medel
från en såddfond på MIT,
kunde jag attrahera en omfattande forskningsfinansiering
från den privata sektorn
och från de federala myndigheterna.
Och det gav mig möjlighet att expandera min grupp till 20 personer,
med en blandning av forskarstuderande, post-docs
och till och med några studenter på grundnivå.
Och jag hade möjlighet att attrahera väldigt väldigt bra personer,
sådana som delade min passion
för vetenskap och samhällsnytta,
inte för vetenskap och karriärnytta.
Och om du frågar dessa människor
varför de arbetar med flytande metallbatterier,
så kommer deras svar att klinga av
President Kennedys tal
vid Rice University 1962
när han sa -- och jag tar mig här friheter här --
"Vi väljer arbeta med kraftnätslagring.
Inte därför att det är enkelt,
men för att det är svårt."
(Applåder)
Det var på det sättet som det flytande metallbatteriet växte fram.
Vi börjar med en av våra arbetshästar: 1-wattimmescellen.
Jag kallar den Shotglaset.
Vi har haft över 400 sådana i drift,
och under tiden förbättrat deras prestanda genom en mångfald av olika kemier
inte bara magnesium och antimon.
Längs vägen har vi skalat upp till en cell som klarar 20 wattimmar.
Jag kallar denna Hockeypucken.
Och vi fick samma anmärkningsvärda resultat.
Och efter den kom Tefatet.
Som klarar 200 wattimmar.
Teknologin har visat sig
vara robust och skalbar.
Men farten var inte tillräckligt hög för oss.
Så för ett och ett halvt år sedan,
bildade David och jag,
tillsammans med en annan medarbetare i forskningsgruppen,
ett företag
för påskynda utvecklingstakten
och påskynda tillverkningen av en produkt.
Så idag på LMBC,
bygger vi celler som har en diameter på 40 centimeter
med en kapacitet på en kilowattimme --
1000 gånger kapaciteten
hos den initiala shotglascellen.
Vi kallar denna Pizzan.
Inom vårt synhåll har vi en cell som klarar 4 kilowattimmar.
Den kommer ha en diameter på 90 cm.
Vi kallar denna Bistrobordet,
men den är ännu inte klar för visning på bästa sändningstid.
Och en variant av den tekniken
har tillåtit oss att stapla dessa bistrobord till moduler,
sammanfoga dessa moduler till ett gigantiskt batteri
som får plats i en 12 meter lång fraktcontainer
för placering i fält.
Och denna har en märkeffekt av två megawattimmar --
två miljoner wattimmar.
Det är tillräckligt med energi
för att möta det dagliga elbehovet
hos 200 amerikanska hushåll.
Så här har vi det, lagring för kraftnät:
tyst, utan utsläpp,
inga rörliga delar,
fjärrstyrt,
designat för att passa marknadsprissättningen
utan subventioner.
Så vad har vi lärt oss från allt detta?
(Applåder)
Så vad har vi lärt oss från allt detta?
Låt mig dela med mig av
några av överraskningarna, motsättningarna.
De ligger bortom det synliga.
Temperaturen:
Erfarenheten säger: "håll den låg,
vid eller nära rumstemperatur
och installera sedan ett styrsystem för att hålla den där."
Undvik att temperaturen springer i väg.
Det flytande metallbatteriet är utformat för att arbeta vid förhöjd temperatur
med minimal reglering.
Vårt batteri kan hantera väldigt höga temperaturökningar
som kommer sig av strömtoppar.
Skalning. Erfarenheten säger:
"reducera kostnaden genom att göra många."
Det flytande metallbatteriet är utformat för att reducera kostnaden
genom att producera färre, men större.
Och slutligen: mänskliga resurser.
Erfarenheten säger
"anställ batteriexperter,
erfarna fackmän,
vilka kan dra nytta av sina omfattande erfarenheter och kunskaper."
För att utveckla det flytande metallbatteriet
anställde jag studenter och post-docs och handledde dem.
I ett batteri
strävar jag att maximera dess elektriska potential;
när jag handleder,
strävar jag att maximera mänsklig potential.
Ni förstår,
historien om det flytande metallbatteriet
är mer än en berättelse
om uppfinnande av teknik,
det är en ritning
för att uppfinna uppfinnare, för hela spektrumet.
(Applåder)