La duplicación de energía de la batería de Electrónica de Consumo
| Jerry Huang
Las nuevas baterías de metal litio podrían hacer que los teléfonos inteligentes, aviones no tripulados, y los coches eléctricos durar dos veces más.
Un spinout MIT se prepara para comercializar una nueva batería de metal de litio recargable que ofrece el doble de capacidad de energía de las baterías de iones de litio que muchos de los productos electrónicos de consumo de energía de hoy en día.
Fundada en 2012 por el MIT y ex alumno de posdoctorado Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems ha desarrollado una batería de litio metálico “libre de ánodo” con varios avances materiales que hacen que sea el doble de densidad energética, sin embargo, igual de seguro y de larga duración como el Las baterías de iones de litio utilizadas en los teléfonos inteligentes, coches eléctricos, wearables, aviones no tripulados, y otros dispositivos.
“Con-dos veces la densidad de energía, podemos hacer una media de la batería del tamaño, pero que todavía dura la misma cantidad de tiempo, como una batería de iones de litio. O podemos hacer una batería del mismo tamaño que una batería de iones de litio, pero ahora va a durar el doble de tiempo “, dice Hu, quien co-inventó la batería en el MIT y ahora es CEO de SolidEnergy.
La batería esencialmente swaps fuera una batería común material de ánodo, grafito, para, papel de aluminio-metal de litio de alta energía muy delgada, que puede contener más iones - y, por lo tanto, proporcionar más capacidad de energía. Las modificaciones químicas al electrolito también hacen las baterías típicamente vivido a corto y volátil de metal de litio recargable y más seguro de usar. Por otra parte, las baterías se hacen usando el equipo de fabricación de iones de litio existente, lo que los hace escalable.
En octubre de 2015, SolidEnergy demostró el prototipo primer trabajo de un metal de litio recargable de la batería del smartphone con doble densidad de energía, lo que les valió más de $ 12 millones de dólares de los inversores. En la mitad del tamaño de la batería de iones de litio utilizada en un iPhone 6, ofrece 2,0 horas de amplificador, en comparación con 1,8 horas de amplificador de la batería de iones de litio.
planes SolidEnergy para llevar las baterías a los teléfonos inteligentes y WEARABLES a principios de 2017, y para los coches eléctricos en 2018. Sin embargo, la primera aplicación serán aviones no tripulados, que vienen este mes de noviembre. “Varios clientes están utilizando aviones no tripulados y globos para proporcionar acceso gratuito a Internet para el mundo en desarrollo, y la encuesta para el alivio del desastre”, dice Hu. “Es una aplicación muy interesante y noble.”
Poner estas nuevas baterías en vehículos eléctricos, así podría representar “un enorme impacto en la sociedad,” Hu dice: “Estándar de la industria es que los vehículos eléctricos tienen que ir por lo menos 200 millas con una sola carga. Podemos hacer que la mitad de la batería del tamaño y el peso medio, y va a viajar la misma distancia, o podemos hacer que sea del mismo tamaño y mismo peso, y ahora va a ir a 400 millas con una sola carga.”
Ajustar el “santo grial” de las baterías
Los investigadores han buscado durante décadas para hacer las baterías de metal de litio recargables, debido a su mayor capacidad de energía, pero en vano. “Es una especie de santo grial para las baterías”, dice Hu.
de metal de litio, por ejemplo, reacciona pobremente con electrolito de la batería - un líquido que conduce iones entre el cátodo (electrodo positivo) y el ánodo (electrodo negativo) - y forma compuestos que aumentan la resistencia en la batería y reducir la duración de ciclo. Esta reacción también crea protuberancias cubiertas de musgo de metal de litio, llamados dendritas, en el ánodo, que conducen a cortocircuitos, la generación de alto calor que enciende el electrolito inflamable, y haciendo las baterías generalmente no recargable.
Las medidas adoptadas para hacer que las baterías más seguro a costa del rendimiento energético de la batería, tales como la conmutación a cabo el electrolito líquido con un electrolito de polímero sólido pobremente conductora que debe ser calentado a altas temperaturas para trabajar, o con un electrolito inorgánico que es difícil de aumentar proporcionalmente.
Mientras trabajaba como un post-doctorado en el grupo de profesor del MIT Donald Sadoway, un investigador de la batería muy conocido que ha desarrollado varias sales fundidas y baterías de metal líquido, Hu ayudó a que el diseño dominante varios y los avances materiales en las baterías de metal de litio, que se convirtió en la base de la tecnología de SolidEnergy.
Una innovación estaba usando una lámina de litio metal ultrafina para el ánodo, que es aproximadamente una quinta parte del grosor de un ánodo de litio metálico tradicional, y varias veces más delgadas y más ligero que los ánodos tradicionales de grafito, de carbono, o de silicio. Eso reducido el tamaño de la batería a la mitad.
Pero todavía había un importante revés: la batería sólo funcionaba a 80 grados centígrados o más. “Eso fue algo sensacional”, dice Hu. “Si la batería no funciona a temperatura ambiente, a continuación, las aplicaciones comerciales se limitan”.
Así Hu desarrolló una solución de electrolito híbrido sólidos y líquidos. Se recubre la lámina metálica de litio con un electrolito sólido fino que no necesita ser calentado a función. También creó una novela electrolito líquido quasi-iónico que no es inflamable, y tiene modificaciones químicas adicionales al diseño separador y celular para que deje de reaccionar negativamente con el metal de litio.
El resultado final fue una batería con beneficios capacidad de energía de las baterías de metal litio, pero con las características de seguridad y la longevidad de las baterías de iones de litio que pueden operar a temperatura ambiente. “La combinación de la capa sólida y nuevo de alta eficiencia materiales líquidos iónicos fue la base para SolidEnergy en el lado de la tecnología”, dice Hu.
Bendicion disfrazada
Por el lado empresarial, Hu frecuentaba el Centro de confianza Martin por el MIT Entrepreneurship a obtener información valiosa de los mentores e inversores. También se inscribió en curso 15.366 (Energy Ventures), donde formó un equipo para desarrollar un plan de negocio en torno a la nueva batería.
Con su plan de negocio, el equipo ganó el premio de primer lugar en el concurso del acelerador $ 100K Entrepreneurship Competition MIT, y fue finalista en el Premio de Energía Limpia MIT. Después de eso, el equipo de MIT representado en la competición nacional Premio Clean Energy celebrada en la Casa Blanca, donde se colocan segundos. A finales de 2012, Hu fue preparando para lanzar SolidEnergy, cuando A123 Systems, el conocido MIT Spinout el desarrollo de baterías de iones de litio avanzadas, se declaró en quiebra. El paisaje no se veía bien para las empresas de la batería. “No pensé que mi compañía estaba condenado, sólo pensé que mi compañía ni siquiera empezar a trabajar”, dice Hu.
Pero esto era algo así como una bendición disfrazada: A través de las conexiones del MIT de Hu, SolidEnergy fue capaz de utilizar el A123 es instalaciones, entonces inactivos en Waltham - que incluía seca y limpia habitaciones y equipos de fabricación - de prototipo. Cuando A123 fue adquirida por Wanxiang Group en 2013, SolidEnergy firmó un acuerdo de colaboración para seguir utilizando los recursos del A123.
En A123, SolidEnergy se vio obligado a prototipo con el equipo existente de fabricación de iones de litio - la que, en última instancia, condujo la puesta en marcha de un diseño novedoso, pero comercialmente práctica, las baterías. empresas de la batería con nuevas innovaciones materiales a menudo se desarrollan nuevos procesos de fabricación alrededor de nuevos materiales, que no son prácticos ya veces no escalable, dice Hu. “Pero nos vimos obligados a utilizar materiales que se pueden implementar en la línea de fabricación existentes,” dice. “Al comenzar con este mundo real perspectiva de fabricación y la construcción de baterías del mundo real, hemos sido capaces de entender qué materiales trabajaron en esos procesos, y luego hacia atrás de trabajo para el diseño de nuevos materiales.”
Después de tres años de compartir el espacio de A123 en Waltham, SolidEnergy este mes trasladó su sede a una nueva marca, el estado de la técnica de instalación piloto en Woburn que es 10 veces más grande - y “puede albergar a las alas de un Boeing 747”, dice Hu - con el objetivo de aumentar la producción para su lanzamiento en noviembre.
Artículo original escrito por Rob Matheson del MIT Noticias de la Oficina el 16 de agosto 2016.