Donald Sadoway: Mata rantai yang hilang ke energi terbarukan

Apa kunci untuk menggunakan energi alternatif? Seperti matahari dan angin? Penyimpanan - jadi kita bisa memiliki daya yang dapat dilepaskan kapan saja bahkan ketika matahari tidak bersinar dan angin tidak bertiup. Dalam ceramah yang dapat diakses ini, ceramah yang menginspirasi, Donald Sadoway memaparkan di papan tulis untuk menunjukkan kepada kita baterai skala besar di masa depan yang dapat menyimpan energi terbarukan. Sebagaiman ia mengatakan:.. "Kita harus memikirkan masalah secara berbeda. Kita perlu berpikir besar Kita perlu berpikir murah

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.

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

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.

(Tepuk tangan)

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

(Tertawa)

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.

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.

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.

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."

(Tepuk tangan)

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.

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.

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.

(Tepuk tangan)