Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

번역: Woo Hwang 검토: han soo yeon

The electricity powering the lights in this theater

여기 강연장의 조명들을 밝히는 전기는

was generated just moments ago.

방금전에 만들어진 것입니다.

Because the way things stand today,

현재 상황에서는

electricity demand must be in constant balance

전기의 수요와 공급이 일정한 균형을

with electricity supply.

이루어야만 하기 때문이죠.

If in the time that it took me to walk out here on this stage,

저를 여기 스테이지까지 걸어나오게 하는 시간에

some tens of megawatts of wind power

수십 메가와트의 풍력 에너지를

stopped pouring into the grid,

전력망에 쏟아 붓지 않는다면,

the difference would have to be made up

그 수요와 공급의 차이는 즉시 다른 발전기로 부터

from other generators immediately.

얻어야 합니다.

But coal plants, nuclear plants

하지만 화력이나 원자력 발전소는

can't respond fast enough.

그렇게 빨리 대응 할 수 없습니다.

A giant battery could.

거대한 배터리는 할 수 있습니다.

With a giant battery,

거대한 배터리가 있다면,

we'd be able to address the problem of intermittency

오늘날 화력, 가스, 원자력이 하는

that prevents wind and solar

똑같은 방법으로,

from contributing to the grid

풍력, 태양열을 전력망에 사용하게 어렵게하는

in the same way that coal, gas and nuclear do today.

단절의 문제점을 해결 할 수 있습니다.

You see, the battery

배터리는 많은 장비들을

is the key enabling device here.

움직이는 중요한 요소입니다.

With it, we could draw electricity from the sun

배터리는 태양에서 전기를 끌어 올 수 있습니다.

even when the sun doesn't shine.

해가 비치지 않을 때도 말입니다.

And that changes everything.

그리고 그것은 모든것을 변화 시킵니다.

Because then renewables

풍력이나 태양열과 같은

such as wind and solar

재생에너지들은

come out from the wings,

날개에서 나오는데요.

here to center stage.

여기부터 중앙 스테이지 정도죠.

Today I want to tell you about such a device.

저는 오늘 그런 장치에 대해서 말하고자 합니다.

It's called the liquid metal battery.

액체금속(리퀴드 메탈) 이라고 불립니다.

It's a new form of energy storage

이것은 새로운 형태의 에너지 저장장치인데,

that I invented at MIT

제가 MIT에서

along with a team of my students

제 학생들과 박사후 과정의 사람들과

and post-docs.

함께 개발한 것입니다.

Now the theme of this year's TED Conference is Full Spectrum.

올해 테드 강연의 주제는 풀 스펙트럼(전체 영역) 입니다.

The OED defines spectrum

옥스포드 영어사전에서는 스펙트럼을

as "The entire range of wavelengths

"가장 긴 전파부터

of electromagnetic radiation,

가시광선 영역이 아주 일부분인

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

짧은 감마선 까지를 포함하는

of which the range of visible light

전자기장 방산선의

is only a small part."

전체 파장영역" 이라고 정의합니다.

So I'm not here today only to tell you

그래서 오늘 저는 MIT에서 저희 팀이

how my team at MIT has drawn out of nature

어떻게 세상에서 가장 중요한 문제를

a solution to one of the world's great problems.

자연에서 그 해결책을 끌어왔는지에 대해서만 말하려는 것은 아닙니다.

I want to go full spectrum and tell you how,

저는 전체 영역을 언급하고 싶고,

in the process of developing

이 새로운 기술을

this new technology,

개발하는 과정에서

we've uncovered some surprising heterodoxies

저희가 변혁의 교훈이 될 수 있는 놀라운 이론과

that can serve as lessons for innovation,

널리 퍼뜨릴만한 아이디어들을

ideas worth spreading.

어떻게 알게 되었는지를 말하고 싶습니다.

And you know,

그리고 현재 에너지 문제에 대해서

if we're going to get this country out of its current energy situation,

미국을 배제한다면

we can't just conserve our way out;

우리는 나가는 길을 유지할 수 없습니다.

we can't just drill our way out;

출구 조차도 뚫을 수 없습니다.

we can't bomb our way out.

출구를 만들어 낼 수도 없습니다.

We're going to do it the old-fashioned American way,

우리는 예전 미국의 방법으로 이것을 할 것입니다.

we're going to invent our way out,

그리고 우리의 출구를 함께

working together.

만들 것 입니다.

(Applause)

(박수)

Now let's get started.

자 시작해보죠.

The battery was invented about 200 years ago

배터리는 이태리 파듀아 대학의

by a professor, Alessandro Volta,

알레산드로 볼트 교수에 의해

at the University of Padua in Italy.

약 200년전에 발명 되었습니다.

His invention gave birth to a new field of science,

그의 발명은 전기화학과 같은

electrochemistry,

새로운 과학분야을 낳았고,

and new technologies

전기도금과 같은 신기술도

such as electroplating.

만들어 냈습니다.

Perhaps overlooked,

아마도 대략보면,

Volta's invention of the battery

볼트의 배터리 발명이

for the first time also

교수의 효용성에 대해

demonstrated the utility of a professor.

처음으로 보여준 것 같아요.¼

(Laughter)

(웃음)

Until Volta, nobody could imagine

볼트 때까지만해도, 아무도

a professor could be of any use.

교수가 쓸모 있는 사람이라고 생각하지 않았으니까요.

Here's the first battery --

여기 최초의 배터리 그림입니다.

a stack of coins, zinc and silver,

염분으로 적셔진 판지로 구분해서

separated by cardboard soaked in brine.

동전, 아연, 은으로 쌓아 놓았습니다.

This is the starting point

이것이 배터리 설계의

for designing a battery --

시작점입니다.

two electrodes,

서로 다른 합성합금으로 된

in this case metals of different composition,

두개의 전극과

and an electrolyte,

물에 소금을 용해시킨

in this case salt dissolved in water.

전해액이죠.

The science is that simple.

과학이라는게 이렇게 간단합니다.

Admittedly, I've left out a few details.

당연히 몇개의 세부사항은 제외하고 이야기했습니다.

Now I've taught you

제가 배터리 과학은

that battery science is straightforward

어렵지 않고,

and the need for grid-level storage

전력망 수준의 저장장치가

is compelling,

필요하다고 말했습니다.

but the fact is

하지만 사실은

that today there is simply no battery technology

오늘날 특별히 고전력이나

capable of meeting

장시간 사용수명,

the demanding performance requirements of the grid --

초저가의 요구사항을

namely uncommonly high power,

충족하는 전력망을

long service lifetime

구성 할 수 있는

and super-low cost.

간단한 배터리 기술은 없습니다.

We need to think about the problem differently.

우리는 문제를 다른 시각에서 생각해 볼 필요가 있습니다.

We need to think big,

우리는 크게 생각해야 합니다.

we need to think cheap.

그리고 저렴한 쪽으로 생각해야 합니다.

So let's abandon the paradigm

그럼, 이제 아주 멋있는

of let's search for the coolest chemistry

화학을 찾는 방식은 포기합시다.

and then hopefully we'll chase down the cost curve

그리고 그냥 많고 많은 제품을

by just making lots and lots of product.

생산하는 방식으로 비용곡선을 추구해 볼 겁니다.

Instead, let's invent

대신에 시장에서

to the price point of the electricity market.

받아들여질 만한 가격을 만들어 봅시다.

So that means

그래서 그말은

that certain parts of the periodic table

주기율표의 어떤 원소들은

are axiomatically off-limits.

당연히 논의대상이 아니라는 것입니다.

This battery needs to be made

이 배터리는 지구상에서 아주 흔한

out of earth-abundant elements.

원소들로 만들어져야 합니다.

I say, if you want to make something dirt cheap,

말하자면, 먼지처럼 싼 물건을 만들려면

make it out of dirt --

그냥 먼지로 만들어야 한다는 거죠.

(Laughter)

(웃음)

preferably dirt

가능한 지역에서

that's locally sourced.

조달 가능한 먼지여야겠죠.

And we need to be able to build this thing

그리고 간단한 제조방법과

using simple manufacturing techniques and factories

돈이 많이 들지 않는 공장에서

that don't cost us a fortune.

이 배터리가 만들어져야 합니다.

So about six years ago,

그래서 약 6년전에,

I started thinking about this problem.

이 문제를 생각하기 시작했습니다.

And in order to adopt a fresh perspective,

그리고 새로운 측면을 적용하기 위해서,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

전기 저장장치 분야를 뛰어넘는 부분에서 영감을 찾았습니다.

In fact, I looked to a technology

사실 전기를 저장하지도,

that neither stores nor generates electricity,

생산하지도 않는 기술을 생각했습니다.

but instead consumes electricity,

그 대신에 대용량의 전기를

huge amounts of it.

소비만 하는 기술을 말이죠.

I'm talking about the production of aluminum.

알루미늄 제품에 대해서 이야기 하고 있는 것입니다.

The process was invented in 1886

이 과정은 미국의 홀과

by a couple of 22-year-olds --

프랑스의 헤로울트이라는

Hall in the United States and Heroult in France.

22살의 커플에 의해서 1886년에 발명되었습니다.

And just a few short years following their discovery,

그 발견이 있고 난 후 몇년 후에,

aluminum changed

알루미늄은 평범한

from a precious metal costing as much as silver

금속에서 은만큼이나 비싼

to a common structural material.

귀한 금속으로 바뀌게 되었죠.

You're looking at the cell house of a modern aluminum smelter.

이 사진에서 현대적인 알루미늄 제련소의 배터리 공간을 보고 계시는데요.

It's about 50 feet wide

대략 15미터 정도 너비에

and recedes about half a mile --

800미터 정도가 이어집니다.

row after row of cells

볼트의 배터리 처럼

that, inside, resemble Volta's battery,

3가지의 중요 물질들이 순차적으로

with three important differences.

이어져 있습니다.

Volta's battery works at room temperature.

볼트의 배터리는 상온에서 작동합니다.

It's fitted with solid electrodes

고체 전극과 염분 성분의

and an electrolyte that's a solution of salt and water.

전해질로 맞추어져 있죠.

The Hall-Heroult cell

홀-헤로울트 전지는

operates at high temperature,

알루미늄이 용해되는

a temperature high enough

아주 고온에서

that the aluminum metal product is liquid.

작동합니다.

The electrolyte

전해질은

is not a solution of salt and water,

소금과 물의 용해질이 아니고,

but rather salt that's melted.

소금을 녹인 물질입니다.

It's this combination of liquid metal,

이것이 액체금속의 조합인데요,

molten salt and high temperature

녹인 소금과 고온에서 이 액체금속을 통해

that allows us to send high current through this thing.

고전류를 흐르게 할 수 있습니다.

Today, we can produce virgin metal from ore

오늘날 파운드 당 50센트 미만의 비용으로

at a cost of less than 50 cents a pound.

광석에서 순수 금속을 생산해 낼 수 있습니다.

That's the economic miracle

이것이 바로 현대 전기제련의

of modern electrometallurgy.

경제적 기적이라고 할 수 있습니다.

It is this that caught and held my attention

이것이 바로 제가 거대한 규모의 경제를

to the point that I became obsessed with inventing a battery

실행 할 수 있는 배터리를 발명하는데

that could capture this gigantic economy of scale.

관심을 기울기게 된 이유입니다.

And I did.

그리고 제가 해냈습니다.

I made the battery all liquid --

저는 배터리를 완전 액체로 만들었습니다.

liquid metals for both electrodes

-- 전극으로 액체금속을 사용하고,

and a molten salt for the electrolyte.

전해질로 녹인 소금을 사용했죠.

I'll show you how.

어떻게 했는지 보여 드리겠습니다.

So I put low-density

제일 윗 부분에

liquid metal at the top,

저밀도의 액체금속을 놓습니다.

put a high-density liquid metal at the bottom,

그리고 고밀도 액체금속을 맨 밑에 놓구요,

and molten salt in between.

그리고 녹인 소금을 이렇게 중간에 넣습니다.

So now,

자, 그러면,

how to choose the metals?

금속물질들은 어떻게 선택할까요?

For me, the design exercise

저는 항상

always begins here

주기율표에서

with the periodic table,

시작합니다.

enunciated by another professor,

드미트리 메델레예프 교수가

Dimitri Mendeleyev.

만들었죠.

Everything we know

우리가 알고 있는

is made of some combination

모든 물질은 여기 표시된 원소들의

of what you see depicted here.

조합으로 만들어집니다.

And that includes our own bodies.

사람의 신체도 마찬가지죠.

I recall the very moment one day

예전에 어느날인가,

when I was searching for a pair of metals

매장량이 풍부하고,

that would meet the constraints

다른 성질의 반밀도를 가지며

of earth abundance,

상호 반응하는 금속을

different, opposite density

찾고 있던 순간을

and high mutual reactivity.

기억합니다.

I felt the thrill of realization

제가 우연히 답을

when I knew I'd come upon the answer.

알아냈을 때 전율을 느꼈습니다.

Magnesium for the top layer.

마그네슘을 맨 위에 놓고,

And antimony

그리고 안티몬을

for the bottom layer.

가장 밑에 층에 놓습니다.

You know, I've got to tell you,

아 그런데 이건 말씀드려야하겠네요,

one of the greatest benefits of being a professor:

교수가 되서 좋은 것 중에 하나는,

colored chalk.

색깔있는 분필을 쓸 수 있다는 거죠.

(Laughter)

(웃음)

So to produce current,

그래서 전류를 만들기 위해서,

magnesium loses two electrons

마그네슘은 두개의 전자를 내보내고,

to become magnesium ion,

마그네슘 이온이 됩니다.

which then migrates across the electrolyte,

그리고 전해질을 따라서 이동하게 되구요,

accepts two electrons from the antimony,

여기 안티몬에서 두개의 전자를 받아드리고,

and then mixes with it to form an alloy.

그리고 합금을 만들기 위해서 섞어 버리게 되죠.

The electrons go to work

이 전자들은

in the real world out here,

실제로 장치들을 움직이는데

powering our devices.

사용됩니다.

Now to charge the battery,

자 이제 배터리를 충전하기 위해서,

we connect a source of electricity.

전기를 연결 합니다.

It could be something like a wind farm.

마치 풍력발전과 비슷합니다.

And then we reverse the current.

그리고 전류를 꺼꾸로 흐르게 하는거죠.

And this forces magnesium to de-alloy

이 전류가 마그네슘을 분리하도록 하고,

and return to the upper electrode,

다시 전극 윗부분으로 전달 됩니다.

restoring the initial constitution of the battery.

그래서 배터리의 초기 상태로 복원 합니다.

And the current passing between the electrodes

이 전극들 사이를 흐르는 전류는

generates enough heat to keep it at temperature.

온도를 보존 할 만큼의 열을 만들어내죠.

It's pretty cool,

이론뿐이지만,

at least in theory.

정말 멋지지 않나요?

But does it really work?

하지만 이 배터리가 정말 작동 할 까요?

So what to do next?

다음에는 뭘 해야 할 까요?

We go to the laboratory.

연구실로 가봅시다.

Now do I hire seasoned professionals?

자 제가 경험 많은 노련한 전문가를 고용 했을까요?

No, I hire a student

아닙니다.

and mentor him,

제가 지도하는 학생을 뽑아서

teach him how to think about the problem,

어떻게 문제를 생각 할 것인지를 가르쳤습니다.

to see it from my perspective

제 관점에서 보게하고,

and then turn him loose.

그리고 그냥 내버려 두었습니다.

This is that student, David Bradwell,

여기 사진의 학생입니다.

who, in this image,

데이비드 브래드웰이죠.

appears to be wondering if this thing will ever work.

이 친구는 "이게 정말 될까?" 라고 고민 중이죠.

What I didn't tell David at the time

이때 제가 데이비드에게 말하지 않는 것은

was I myself wasn't convinced it would work.

저도 이 배터리가 작동한다는 확신이 없었다는 점입니다.

But David's young and he's smart

하지만 데이비드는 젊고 똑똑합니다.

and he wants a Ph.D.,

그리고 박사학위를 받아야만 했기 때문에

and he proceeds to build --

이 친구는 만들어야만 했습니다.

(Laughter)

(웃음)

He proceeds to build

데이비드가 이 연구실에서

the first ever liquid metal battery

최초의 액체금속 배터리를

of this chemistry.

만들기 시작한거죠.

And based on David's initial promising results,

그래서 MIT에서

which were paid

자금을 지원해 주었고,

with seed funds at MIT,

데이비드는 초기의 희망적인 결과를 만들었습니다.

I was able to attract major research funding

그리고 저는 일반 기업들과 연방정부로 부터

from the private sector

주요 연구자금을

and the federal government.

모을 수 있었습니다.

And that allowed me to expand my group to 20 people,

그리고 제 연구진을 20명으로 늘릴 수 있었는데요,

a mix of graduate students, post-docs

대학원생들, 박사후 과정 학생들,

and even some undergraduates.

그리고 몇명의 학부생들도 있었습니다.

And I was able to attract really, really good people,

또한 저는 정말 좋은 사람들을

people who share my passion

모을 수 있었습니다.

for science and service to society,

그들은 경력쌓기가 아니라 순수한 과학과,

not science and service for career building.

사회를 위한 저의 열정에 함께 했습니다.

And if you ask these people

여러분이 이들에게

why they work on liquid metal battery,

왜 액체금속을 연구하냐고 물어보시면,

their answer would hearken back

대답은 1962년 라이스 대학교에서

to President Kennedy's remarks

말했던 케네디 대통령의

at Rice University in 1962

연설내용을 생각하면 됩니다.

when he said -- and I'm taking liberties here --

-- 제가 편하게 말하겠습니다. --

"We choose to work on grid-level storage,

"우리는 전력망 수준의 저장장치를 연구합니다,

not because it is easy,

연구가 쉬어서가 아니라,

but because it is hard."

너무 어렵기 때문이죠."

(Applause)

(박수)

So this is the evolution of the liquid metal battery.

이 연구는 액체금속 배터리 분야의 대단한 발전입니다.

We start here with our workhorse one watt-hour cell.

저희는 시간당 1와트의 전력으로 시작합니다.

I called it the shotglass.

저는 이것을 샷글래스(작은잔)라고 합니다.

We've operated over 400 of these,

그리고 400개가 넘는 샷글래스를 가지고 실험했습니다.

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

다양한 화학물질들의 성능을 완벽하게 끌어 내기 위해서죠.

not just magnesium and antimony.

단순히 마그네슘이나 안티몬만을 사용하는게 아닙니다.

Along the way we scaled up to the 20 watt-hour cell.

시간당 20와트까지 크기를 확장했습니다.

I call it the hockey puck.

저는 이것을 하키퍽 이라고 합니다.

And we got the same remarkable results.

그리고 똑같이 주목 할 만한 결과를 얻었습니다.

And then it was onto the saucer.

그리고 여기 접시처럼 생긴 배터리가 있죠.

That's 200 watt-hours.

이건 시간당 200와트의 전력을 생산합니다.

The technology was proving itself

저희 기술은 탄탄하고 확장성이

to be robust and scalable.

좋다는 것을 증명하고 있습니다.

But the pace wasn't fast enough for us.

하지만 발전 속도가 만족스럽지는 않았습니다.

So a year and a half ago,

그래서 1년 반정도 전에,

David and I,

데이비드와

along with another research staff-member,

다른 연구원과 함께 저는

formed a company

개발 속도와

to accelerate the rate of progress

제조 과정을 빠르게 하기 위해서

and the race to manufacture product.

회사를 설립했습니다.

So today at LMBC,

그래서 현재 LMBC에서는

we're building cells 16 inches in diameter

초기 샷글래스 모델의

with a capacity of one kilowatt-hour --

1,000배에 가까운

1,000 times the capacity

시간당 1킬로와트의 전력 생산이 가능한

of that initial shotglass cell.

지름 40cm 짜리 배터리를 제작하고 있습니다.

We call that the pizza.

우리는 이 모델을 피자라고 부릅니다.

And then we've got a four kilowatt-hour cell on the horizon.

그리고 곧 시간당 4킬로와트 짜리 모델을 생산할 것 입니다.

It's going to be 36 inches in diameter.

이 모델은 지름이 약 90cm 정도 됩니다.

We call that the bistro table,

이 모델은 비스트로 테이블이라고 부릅니다.

but it's not ready yet for prime-time viewing.

하지만 아직 발표하지는 않았습니다.

And one variant of the technology

이 기술을 변형 할 수 있는데요,

has us stacking these bistro tabletops into modules,

이런 비스트로 테이블 모델을 모듈 단위로 쌓고,

aggregating the modules into a giant battery

모듈들을 약 12m 정도 컨테이너 안에

that fits in a 40-foot shipping container

넣어서 필요한 곳에

for placement in the field.

놓는 것입니다.

And this has a nameplate capacity of two megawatt-hours --

그러면 2메가와트 짜리라고 쓸수 있죠,

two million watt-hours.

시간당 2백만와트 입니다.

That's enough energy

이정도는 미국의

to meet the daily electrical needs

200가구가 하루에 사용하는

of 200 American households.

전력량을 감당 할 수 있습니다.

So here you have it, grid-level storage:

여기 전력망 수준의 저장장치 입니다.

silent, emissions-free,

저소음, 배기가스도 없고,

no moving parts,

움직이는 부품도 없고,

remotely controlled,

원격으로 제어가 가능하고,

designed to the market price point

정부 보조금 없이도

without subsidy.

시장에서 사용가능한 가격입니다.

So what have we learned from all this?

우리가 이것들에서 무엇을 배웠을까요?

(Applause)

(박수)

So what have we learned from all this?

우리가 이것들에서 무엇을 배웠을까요?

Let me share with you

제가 여러분과 함께

some of the surprises, the heterodoxies.

그 놀라움과 이단적인 이론을 함께 공유해 보겠습니다.

They lie beyond the visible.

그것들은 눈에 보이는것을 넘어서 존재합니다.

Temperature:

온도를 봅시다.

Conventional wisdom says set it low,

흔히들 말하기를

at or near room temperature,

상온정도로 온도를 유지하라고 합니다.

and then install a control system to keep it there.

그리고 제어 시스템을 거기에 설치하고,

Avoid thermal runaway.

열 손실을 막으라고 하죠.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

액체금속 배터리는 물질 제어를 통해

with minimum regulation.

높은 온도에서 작동하도록 설계되었습니다.

Our battery can handle the very high temperature rises

이 배터리는 서지전류에서 나오는

that come from current surges.

고온의 온도 상승에도 잘 대처합니다.

Scaling: Conventional wisdom says

확장성을 볼까요. 보통 배터리는

reduce cost by producing many.

많이 생산해서 가격을 낮춥니다.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

액체금속은 적게 생산하지만

by producing fewer, but they'll be larger.

크게 만들어서 가격을 낮춥니다.

And finally, human resources:

그리고 마지막으로 인적 자원을 생각해보죠.

Conventional wisdom says

일반적으로

hire battery experts,

배터리 기술자나,

seasoned professionals,

방대한 경험과 지식을 활용하는

who can draw upon their vast experience and knowledge.

경험많은 전문가를 고용합니다.

To develop liquid metal battery,

액체금속 배터리를 개발하기 위해서,

I hired students and post-docs and mentored them.

제가 지도하는 학생들과 박사후 과정 학생들과 함께 했습니다.

In a battery,

배터리 하나에,

I strive to maximize electrical potential;

전기적 잠재력을 극대화 하려고 노력했습니다.

when mentoring,

제가 학생들을 지도 할 때,

I strive to maximize human potential.

인적 잠재력을 극대화 하려고 했던것 처럼요.

So you see,

그건 말이죠,

the liquid metal battery story

액체금속 배터리의 이야기는

is more than an account

단순한 기술발명

of inventing technology,

이상의 것입니다.

it's a blueprint

이것은 발명가를 또는

for inventing inventors, full-spectrum.

전체 영역을 발명하는 청산진입니다.

(Applause)

(박수)