Звездный профессор Массачусетского технологического института Дон Садовей об инновациях в области хранения энергии

Jul 27, 2023

Дон Садовей, профессор химии материалов Массачусетского технологического института, — один из самых популярных профессоров и востребованных докладчиков школы. Он выступил в Исследовательском центре Пало-Альто 8 марта на мероприятии, спонсируемом Клубом MIT Северной Калифорнии.

Если у вас есть возможность посетить занятия Садовея или услышать его выступление — сделайте это. Он один из самых интересных и информативных учителей, которых вы встретите, даже если он читает лекции по химии твердого тела. Доклад в этом видео близок к лекции, которую он прочитал в PARC.

Исследования Садоуэя варьируются от производства металлов и портативных устройств хранения энергии до его «жидкой батареи», которая находит применение в хранении энергии на уровне сети для возобновляемых источников энергии.

Садовей обсудил две технические темы: жидкометаллические батареи для крупномасштабного хранения энергии и нелитий-ионные батареи для автомобильного применения. Он также коснулся преподавания, обучения, музыки и искусства.

Профессор рассказал о том, как улучшились аккумуляторы по мере перехода от свинцово-кислотных аккумуляторов с 35 Втч/кг к литий-ионным с 150 Втч/кг (по сравнению с бензиновыми с 12 000 Втч/кг). Но Садовей не считает, что у литий-ионных аккумуляторов есть будущее в сетевых или транспортных приложениях. По мнению Садовэя, нам необходимо изменить химию, и для этого потребуются радикальные инновации, чтобы сделать солнечную и ветровую энергию более управляемой. В этом случае нам нужно сделать батарею, способную выдерживать большой ток.

Литий-ионные аккумуляторы в телефонах и автомобилях должны быть сверхбезопасными. Сотовые телефоны «должны быть защищены от идиотов, в основном потому, что они находятся в руках идиотов», а аккумуляторы в автомобилях должны выдерживать аварии. Стационарные батареи для массового хранения не соответствуют тем же требованиям, что дает больше свободы в выборе химического состава, но применение требует очень низкой цены - и Sadoway настаивает на том, что вам нужно подумать о цене в начале проектирования продукта. процесс.

По словам Садовэя, автомобильная тяга для полностью электрического автомобиля имеет целевую стоимость от 100 до 200 долларов за кВтч, а стоимость стационарного хранения должна составлять около 50 долларов за кВтч.

Садовей также высказал мнение о плачевном состоянии энергетических исследований в США, заявив: «Нам необходимо ускорить темпы открытий. Мы можем сделать батареи в два или три раза лучше, если мы готовы сделать инвестиции». Он сказал, что с 1970-х годов объем энергетических исследований упал в шесть раз, а медицинские исследования выросли в четыре раза. Он сказал, что энергетическая отрасль США тратит 0,25 процента доходов на НИОКР, фармацевтическая промышленность тратит 18 процентов, а полупроводниковые фирмы - 16 процентов. Даже автомобильная промышленность тратит 3 процента своих доходов на НИОКР.

Возвращаясь к исследованиям аккумуляторов, Садовей рекомендовал исследователям «ограничить свои поиски элементами, которыми богата земля. Единственный способ сделать что-то очень дешевым — это сделать это из грязи — американской грязи».

Огромный, но дешевый аккумулятор

Садовей призвал исследовательское сообщество изобрести колоссальную, но дешевую батарею. Он поручил исследователям обратить внимание на экономию за счет масштаба современной электрометаллургии и алюминиевого завода, который занимается Святым Граалем батарей - достижением высокого тока при сохранении огромных масштабов.

Почему алюминиевый элемент не является аккумулятором? Вам предстоит производить жидкие металлы на обоих электродах.

Изготовление металла на катоде тривиально, но получение металла на аноде не так тривиально. Поэтому Садовей вернулся к периодической таблице и использовал магний, чтобы «запугать» сурьму и заставить ее вести себя как неметалл. Затем, используя стартовый капитал Массачусетского технологического института, Садовэй и его команда изобрели жидкометаллическую батарею или, более академически, процесс под названием «обратимый амбиполярный электролиз».

В аккумуляторе используются расплавленная сурьма и расплавленный магний, разделенные электролитом. Садовэй утверждает, что полностью жидкостная конфигурация является самособирающейся и, как ожидается, будет масштабируемой при низких затратах. Кроме того, эта технология может оказаться дешевле, чем батареи натрий-серы (NaS).