Donald Sadoway: The missing link to renewable energy

Перекладач: Tetiana Abrosimova Утверджено: Hanna Leliv

The electricity powering the lights in this theater

Електроенергія для освітлення цього

was generated just moments ago.

приміщення була щойно вироблена.

Because the way things stand today,

Адже сучасні умови вимагають

electricity demand must be in constant balance

постійного балансу попиту і постачання

with electricity supply.

електроенергії.

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

Якби за час моєї ходи на цю сцену

some tens of megawatts of wind power

десятки мегаватів енергії вітру

stopped pouring into the grid,

перестали поступати в енергосистему,

the difference would have to be made up

інші генератори мали б негайно

from other generators immediately.

компенсувати недостачу.

But coal plants, nuclear plants

Але ні вугільні, ні атомні станції

can't respond fast enough.

не здатні відреагувати достатньо швидко.

A giant battery could.

Гігантський акумулятор міг би справитись.

With a giant battery,

Завдяки гігантському акумуляторові ми б

we'd be able to address the problem of intermittency

вирішили питання періодичності,

that prevents wind and solar

яке не дає змоги енергії вітру і сонця

from contributing to the grid

стати частиною сучасної енергосистеми,

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

як вугілля, газ і атомна енергія.

Акумулятор є саме тим пристроєм,

You see, the battery

is the key enabling device here.

який розв'яже це питання.

With it, we could draw electricity from the sun

Ми зможемо використовувати сонячну енергію,

even when the sun doesn't shine.

навіть коли сонце не світить.

And that changes everything.

І це все змінює.

Because then renewables

Тому що в такому разі

such as wind and solar

відновлювальна енергія вітру і сонця

come out from the wings,

зможе стати

here to center stage.

в центрі уваги.

Today I want to tell you about such a device.

Сьогодні я розповім про такий пристрій.

Він називається рідкометалічний акумулятор.

It's called the liquid metal battery.

It's a new form of energy storage

Це нова форма енергозбереження,

that I invented at MIT

яку ми з командою студентів і аспірантів

along with a team of my students

винайшли в MIT.

and post-docs.

Цьогорічна конференція TED

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

присвячена повному спектру.

The OED defines spectrum

Оксфордський словник так визначає спектр:

as "The entire range of wavelengths

усі хвилі електромагнітного випромінення

of electromagnetic radiation,

будь-якої довжини, від найдовших радіохвиль

from the longest radio waves to the shortest gamma rays

до найкоротших гама хвиль,

of which the range of visible light

де видиме проміння складає

is only a small part."

тільки малу частину.

Тож я тут не тільки для того, щоб

So I'm not here today only to tell you

how my team at MIT has drawn out of nature

розповісти вам, як моя команда в MIT знайшла природнє рішення

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

однієї з величезних проблем світу.

I want to go full spectrum and tell you how,

Я хочу в повному спектрі розповісти,

in the process of developing

які несподівано відступницькі ідеї ми розкрили

this new technology,

в процесі розробки

we've uncovered some surprising heterodoxies

цієї нової технології,

that can serve as lessons for innovation,

і як ці варті поширення ідеї

ideas worth spreading.

сприятимуть інноваціям.

And you know,

Бачите, якщо нам доведеться витягати

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

цю країну з існуючої енергетичної ситуації,

we can't just conserve our way out;

ми не можемо й далі заощаджувати,

we can't just drill our way out;

не можемо збільшувати видобуток,

we can't bomb our way out.

не можемо вести війни.

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

Ми зробимо це у традиційно американський спосіб:

we're going to invent our way out,

ми винайдемо новий шлях

working together.

через співпрацю.

(Applause)

(Оплески)

Now let's get started.

Почнемо.

The battery was invented about 200 years ago

Батарею винайшов 200 років тому

by a professor, Alessandro Volta,

професор Алессандро Вольта

at the University of Padua in Italy.

в університеті Падуї, що в Італії.

Його винахід дав поштовх зародженню

His invention gave birth to a new field of science,

electrochemistry,

нової області науки - електрохімії

and new technologies

і новим технологіям, наприклад,

such as electroplating.

електропокриття.

Perhaps overlooked,

Крім винаходу батареї,

Volta's invention of the battery

можливо, вперше

for the first time also

Вольта також продемонстрував

demonstrated the utility of a professor.

користь від професора.

(Laughter)

(Сміх)

До появи Вольти ніхто і не уявляв, що професор може

Until Volta, nobody could imagine

a professor could be of any use.

мати якусь практичну користь.

Here's the first battery --

Ось його перша батарея:

набір монет з цинку і срібла, між якими

a stack of coins, zinc and silver,

прокладки з картону, змочені в розчині солі.

separated by cardboard soaked in brine.

This is the starting point

З цього починається

for designing a battery --

проектування батареї:

two electrodes,

два електроди,

в цьому випадку два метали різної структури,

in this case metals of different composition,

and an electrolyte,

і електроліт,

in this case salt dissolved in water.

в даному випадку - це розчин солі.

The science is that simple.

Ось така проста наука.

Admittedly, I've left out a few details.

Визнаю, що деякі деталі я опустив.

Now I've taught you

Я вже казав, що наука про батареї

that battery science is straightforward

ідейно проста,

потреба у накопичувачі рівня енергосистеми -

and the need for grid-level storage

is compelling,

очевидна.

but the fact is

Водночас жодна з існуючих технологій

that today there is simply no battery technology

не відповідає вимогам

capable of meeting

робочих характеристик енергосистеми,

the demanding performance requirements of the grid --

а саме: надзвичайно високій напрузі,

namely uncommonly high power,

довгому терміну роботи,

long service lifetime

і дуже низькій вартості.

and super-low cost.

Потрібно подивитись на проблему

We need to think about the problem differently.

з іншого боку.

We need to think big,

Це повинна бути велика

we need to think cheap.

і дешева річ.

So let's abandon the paradigm

Тож залишимо пошук

of let's search for the coolest chemistry

суперречовини, яка

and then hopefully we'll chase down the cost curve

забезпечить, бажано, низьку собівартість

by just making lots and lots of product.

за рахунок великої кількості продукту.

Instead, let's invent

Натомість, давайте шукати,

to the price point of the electricity market.

орієнтуючись на стандартну ціну на ринку електренергії.

So that means

Таким чином деякі

that certain parts of the periodic table

елементи періодичної таблиці

are axiomatically off-limits.

автоматично відкидаємо.

This battery needs to be made

Цей акумулятор потрібно зробити

out of earth-abundant elements.

з елементів, на які багата земля.

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

Кажу вам, якщо хочете зробити щось дешеве, як бруд,

make it out of dirt --

то робіть це з бруду.

(Laughter)

(Сміх)

preferably dirt

Найкраще - з місцевого

that's locally sourced.

бруду.

And we need to be able to build this thing

І нам потрібні прості техніки виробництва

using simple manufacturing techniques and factories

і фабрики, які не коштуватимуть

that don't cost us a fortune.

нам півцарства.

So about six years ago,

Так, майже 6 років тому

I started thinking about this problem.

я почав працювати з цією проблемою.

And in order to adopt a fresh perspective,

Щоб подивитись з нової перспективи,

I sought inspiration from beyond the field of electricity storage.

я шукав натхнення поза цариною енергоакумулювання.

In fact, I looked to a technology

Насправді, я шукав технологію

that neither stores nor generates electricity,

ані акумулювання, ані генерування електроенергії.

Навпаки - технологію, де споживання

but instead consumes electricity,

huge amounts of it.

електроенергії відбувається у величезних масштабах.

I'm talking about the production of aluminum.

Я маю на увазі виробництво алюмінію.

The process was invented in 1886

Цей процес винайшли у 1886 році

by a couple of 22-year-olds --

двоє 22-річних чоловіків -

Hall in the United States and Heroult in France.

Голл у США і Еру у Франції.

And just a few short years following their discovery,

Лише за декілька років після їхнього винаходу

aluminum changed

алюміній

from a precious metal costing as much as silver

перестав бути поряд зі сріблом благородним,

to a common structural material.

а став звичайним конструкційним металом.

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

Перед вами цех модулів сучасного алюмінієвого комбінату.

It's about 50 feet wide

Він 15,24 метрів завширшки

and recedes about half a mile --

і близько 800 метрів завдовшки.

row after row of cells

Ряди і ряди модулів,

that, inside, resemble Volta's battery,

що всередині нагадують батарею Вольта,

with three important differences.

окрім трьох важливих відмінностей.

Volta's battery works at room temperature.

Батарея Вольта працює при кімнатній температурі.

It's fitted with solid electrodes

Вона оснащена твердими електродами

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

і розчином солі у якості електроліту.

The Hall-Heroult cell

Модуль Голла-Еру

operates at high temperature,

працює за такої високої температури,

a temperature high enough

що алюміній

that the aluminum metal product is liquid.

виробляється в рідкому стані.

The electrolyte

Електролітом виступає

is not a solution of salt and water,

не розчин солі,

but rather salt that's melted.

а розтала сіль.

It's this combination of liquid metal,

Завдяки комбінації рідкого металу,

molten salt and high temperature

розталої солі і високої температури

that allows us to send high current through this thing.

ми можемо пропускати струм великої потужності через модулі.

Today, we can produce virgin metal from ore

Ми виробляємо первинний метал з руди

at a cost of less than 50 cents a pound.

за ціною 50 центів за 450 грамів продукту.

That's the economic miracle

І це є економічним дивом

of modern electrometallurgy.

сучасної електрометалургії.

It is this that caught and held my attention

Моя увага була прикута до нього,

to the point that I became obsessed with inventing a battery

поки я наполегливо шукав спосіб створити

that could capture this gigantic economy of scale.

акумулятор, який задешево покриє величезний об'єм.

And I did.

І я зміг.

I made the battery all liquid --

Я зробив акумулятор з рідин -

замість електродів - два метали у рідкому стані

liquid metals for both electrodes

and a molten salt for the electrolyte.

і розтала сіль у якості електроліту.

I'll show you how.

Дивіться сюди.

So I put low-density

Нещільний рідкий метал

liquid metal at the top,

зверху,

put a high-density liquid metal at the bottom,

щільний рідкий метал знизу,

and molten salt in between.

і розтала сіль - між ними.

So now,

Тепер

how to choose the metals?

потрібно вибрати метали.

For me, the design exercise

Я завжди починаю пошук

always begins here

тут,

with the periodic table,

у періодичній таблиці елементів,

enunciated by another professor,

яку склав інший професор

Dimitri Mendeleyev.

Дмитро Менделєєв.

Everything we know

Все в нашому світі

is made of some combination

складається з комбінацій

of what you see depicted here.

зображених елементів.

And that includes our own bodies.

Наші тіла також.

I recall the very moment one day

Я добре пам'ятаю той день,

when I was searching for a pair of metals

коли шукав пару металів,

that would meet the constraints

які б мали відповідати вимогам

of earth abundance,

доступності видобутку,

different, opposite density

були б різними і протилежної щільності,

and high mutual reactivity.

а також мали високу здатність вступати в реакцію.

I felt the thrill of realization

Я тремтів від думки,

when I knew I'd come upon the answer.

що наблизився до відповіді.

Magnesium for the top layer.

Магній - верхній.

And antimony

Стибій -

for the bottom layer.

знизу.

You know, I've got to tell you,

Я скажу вам, що є найбільшою

one of the greatest benefits of being a professor:

вдачею у роботі професора -

colored chalk.

кольорова крейда.

(Laughter)

(Сміх)

So to produce current,

При створенні струму

magnesium loses two electrons

магній втрачає два електрони

to become magnesium ion,

і стає йоном магнію.

which then migrates across the electrolyte,

Пройшовши електроліт,

accepts two electrons from the antimony,

він відбирає два електрони стебію

and then mixes with it to form an alloy.

і утворює з ним сплав.

The electrons go to work

Два електрони

in the real world out here,

переходять у довкілля

powering our devices.

і живлять наші пристрої.

Now to charge the battery,

Ми підключаємо акумулятор до

we connect a source of electricity.

джерела електроенергії, щоб зарядити його.

It could be something like a wind farm.

Це міг би бути вітряк.

And then we reverse the current.

А потім ми змінюємо напрямок струму.

And this forces magnesium to de-alloy

Через розпад сплаву

and return to the upper electrode,

магній повертається до верхнього електроду,

restoring the initial constitution of the battery.

таким чином відновлюючи первинний стан акумулятора.

And the current passing between the electrodes

Курсуючи між електродами, струм

generates enough heat to keep it at temperature.

створює достатньо тепла для підтримки температури.

It's pretty cool,

В теорії виглядає

at least in theory.

доволі круто.

But does it really work?

А чи спрацює це на практиці?

So what to do next?

Що я робив далі?

We go to the laboratory.

Я почав лабораторні дослідження.

Now do I hire seasoned professionals?

Чи наймав я експертів?

No, I hire a student

Ні, я найняв студента

and mentor him,

і підготував його,

teach him how to think about the problem,

пояснив свої бачення проблеми

to see it from my perspective

і хід своїх думок,

а потім дав йому дозвіл на експерименти.

and then turn him loose.

This is that student, David Bradwell,

Це той самий студент - Девід Бредвелл,

who, in this image,

який на фото гадає,

appears to be wondering if this thing will ever work.

чи ця штука взагалі запрацює.

What I didn't tell David at the time

Я не казав тоді Девідові,

was I myself wasn't convinced it would work.

що і сам не був впевнений в тому.

But David's young and he's smart

Але Девід молодий, розумний,

and he wants a Ph.D.,

хоче отримати ступінь доктора наук,

and he proceeds to build --

і він наполегливо...

(Laughter)

(Сміх)

He proceeds to build

Він наполегливо

the first ever liquid metal battery

створює перший рідкометалічний акумулятор

of this chemistry.

з такої комбінації.

And based on David's initial promising results,

Отримавши перші оптимістичні результати роботи,

which were paid

яку було оплачено

with seed funds at MIT,

з власних коштів MIT,

I was able to attract major research funding

мені вдалось залучити значні кошти на дослідження

from the private sector

з приватного сектору

and the federal government.

і від федерального уряду.

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

Це дало змогу збільшити команду до 20 людей,

a mix of graduate students, post-docs

де були випускники, аспіранти,

and even some undergraduates.

і декілька студентів також.

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

Я зміг залучити насправді дуже хороших людей,

people who share my passion

які поділяють мою пристрасть

for science and service to society,

до науки і праці на користь суспільства.

not science and service for career building.

Не заради науки, як влаштувати кар'єру.

Якщо ви спитаєте цих людей, що їх мотивує працювати

And if you ask these people

над створенням рідкометалевого акумулятора,

why they work on liquid metal battery,

their answer would hearken back

їхня відповідь буде схожа на зауваження

to President Kennedy's remarks

Президента Кеннеді

at Rice University in 1962

в університеті Райса в 1962 році,

коли він сказав: (я дозволю собі вільно процитувати)

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

"We choose to work on grid-level storage,

"Ми зголосилися працювати над

not because it is easy,

акумулятором рівня енергосистеми не через те,

but because it is hard."

що це легко, а тому, що це складно".

(Applause)

(Оплески)

Ось такими були етапи створення рідкометалевого акумулятора.

So this is the evolution of the liquid metal battery.

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

Ми почали з модуля на 1 ват-година.

I called it the shotglass.

Я називаю його "чарка".

We've operated over 400 of these,

Ми відпрацювали 400 таких "чарок",

perfecting their performance with a plurality of chemistries --

вдосконалюючи їх за допомогою серій елементів,

not just magnesium and antimony.

не тільки магнію і стибію.

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

Поступово ми збільшили об'єм до модуля на 20 ват-годин.

I call it the hockey puck.

Цей я називаю "шайба".

And we got the same remarkable results.

Ми також отримали значні результати.

And then it was onto the saucer.

Далі ми перейшли до "тарілки".

That's 200 watt-hours.

Цей - на 200 ват-годин.

The technology was proving itself

Технологія обіцяла бути надійною

to be robust and scalable.

і давала змогу збільшити об'єм.

But the pace wasn't fast enough for us.

Але ми хотіли прискоритись.

So a year and a half ago,

Отож, півтора роки тому ми з Девідом

David and I,

разом з іншими

along with another research staff-member,

колегами по послідженню

formed a company

започаткували компанію,

to accelerate the rate of progress

щоб прискорити розвиток

and the race to manufacture product.

до рівня виробництва продукту.

So today at LMBC,

Сьогодні в корпорації LMBC ми розробляємо

we're building cells 16 inches in diameter

модулі діаметром 40 сантиметрів

with a capacity of one kilowatt-hour --

з об'ємом 1 кіловат-година,

1,000 times the capacity

що в 1000 разів більше

of that initial shotglass cell.

за ту першу "чарку".

We call that the pizza.

Цей ми називаємо "піца".

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

Майже готовий 4 кіловат-годинний модуль.

It's going to be 36 inches in diameter.

Він буде 91 сантиметр в діаметрі.

We call that the bistro table,

Ми його називаємо "столик в бістро".

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

Але він ще не готовий для широкого показу.

And one variant of the technology

За одним з варіантів технології,

has us stacking these bistro tabletops into modules,

ми складемо ці "столики" один на одний,

aggregating the modules into a giant battery

поєднуючи їх у гігантський акумулятор

завбільшки з 12-метровий транспортний контейнер

that fits in a 40-foot shipping container

for placement in the field.

для розташування в полі.

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

Він матиме заявлений об'єм в 2 мегават-години -

two million watt-hours.

2 мільйони ват-годин.

That's enough energy

Цієї енергії достатньо,

to meet the daily electrical needs

щоб задовольнити щоденні потреби

of 200 American households.

200 американських сімей.

So here you have it, grid-level storage:

Отже, ось він - акумулятор рівня енергосистеми:

silent, emissions-free,

тихий, без викидів,

no moving parts,

монолітний,

remotely controlled,

дистанційно керований,

designed to the market price point

відповідає стандартній ринковій ціні

without subsidy.

і не потребує дотацій.

So what have we learned from all this?

Чого ми за цей час навчились?

(Applause)

(Оплески)

So what have we learned from all this?

Чого ми за цей час навчились?

Let me share with you

Дозвольте поділитися з вами

some of the surprises, the heterodoxies.

деякими відступницькими спостереженнями.

They lie beyond the visible.

Вони не лежать на поверхні.

Temperature:

Про температуру.

Conventional wisdom says set it low,

Поширений підхід полягає в підтримці

at or near room temperature,

низької, майже кімнатної температури

and then install a control system to keep it there.

за допомогою вмонтованої системи контролю.

Avoid thermal runaway.

Уникати перегріву.

Liquid metal battery is designed to operate at elevated temperature

Рідкометалічний акумулятор працює

with minimum regulation.

на підвищеному рівні температури з мінімальним втручанням.

Our battery can handle the very high temperature rises

Наш акумулятор здатен витримати

that come from current surges.

дуже високу температуру під час сплесків струму.

Scaling: Conventional wisdom says

Про масштаб. Поширено підхід до зниження

собівартості за рахунок виробництва великої кількості.

reduce cost by producing many.

Liquid metal battery is designed to reduce cost

Батарея з рідких металів спроектована так,

by producing fewer, but they'll be larger.

що має невелику собівартість за рахунок збільшення об'єму.

And finally, human resources:

І, нарешті, людські ресурси:

Conventional wisdom says

Прийнято наймати експертів

hire battery experts,

в галузі акумулювання,

seasoned professionals,

досвідчених спеціалістів,

who can draw upon their vast experience and knowledge.

які використовуватимуть весь свій досвід і знання.

To develop liquid metal battery,

Я найняв студентів і аспірантів для

I hired students and post-docs and mentored them.

розробки рідкометалевого акумулятора і передав їм знання.

У виготовленні накопичувача я прагну

In a battery,

I strive to maximize electrical potential;

збільшити електричний потенціал,

when mentoring,

у навчанні я прагну

I strive to maximize human potential.

збільшити людський потенціал.

So you see,

Тож, як ви бачите,

the liquid metal battery story

історія створення

is more than an account

рідкометалевого акумулятора - це не тільки

of inventing technology,

історія про винайдення технології,

it's a blueprint

а й сценарій виховання

for inventing inventors, full-spectrum.

винахідників повного спектру.

(Applause)

(Оплески)