Menggandakan Daya Baterai dari Consumer Electronics
| Jerry Huang
baterai logam lithium baru bisa membuat smartphone, drone, dan mobil listrik terakhir dua kali lebih lama.
Sebuah spinout MIT sedang mempersiapkan untuk mengusahakan suatu lithium yang dapat diisi ulang baterai logam novel yang menawarkan dua kali lipat kapasitas energi dari baterai lithium ion bahwa kekuatan banyak dari elektronik konsumen hari ini.
Didirikan pada 2012 oleh MIT alumnus dan mantan Postdoc Qichao Hu '07, SolidEnergy Sistem telah mengembangkan baterai lithium metal “anoda bebas” dengan beberapa kemajuan materi yang membuatnya dua kali lebih energi padat, namun hanya sebagai aman dan tahan lama sebagai baterai lithium ion yang digunakan di smartphone, mobil listrik, yang dapat dikenakan, drone, dan perangkat lainnya.
“Dengan dua kali kepadatan energi, kita dapat membuat baterai setengah ukuran, tetapi yang masih berlangsung dengan jumlah waktu yang sama, sebagai baterai lithium ion. Atau kita dapat membuat baterai ukuran yang sama dengan baterai lithium ion, tapi sekarang itu akan berlangsung dua kali lebih lama,”kata Hu, yang co-menciptakan baterai di MIT dan sekarang CEO dari SolidEnergy.
Baterai dasarnya swap keluar baterai umum anoda materi, grafit, untuk sangat tipis, energi tinggi foil lithium-logam, yang dapat menyimpan lebih ion - dan, oleh karena itu, menyediakan kapasitas lebih banyak energi. modifikasi kimia untuk elektrolit juga membuat baterai biasanya berumur pendek dan volatile logam lithium yang dapat diisi ulang dan aman untuk digunakan. Selain itu, baterai yang dibuat menggunakan yang ada ion lithium peralatan manufaktur, yang membuat scalable mereka.
Pada bulan Oktober 2015, SolidEnergy mendemonstrasikan prototipe pertama-pernah bekerja dari baterai smartphone logam lithium yang dapat diisi ulang dengan kepadatan energi ganda, yang diterima mereka lebih dari $ 12 juta dari investor. Pada setengah ukuran baterai lithium ion yang digunakan dalam iPhone 6, ia menawarkan 2,0 jam amp, dibandingkan dengan lithium ion baterai 1,8 jam amp.
rencana SolidEnergy untuk membawa baterai untuk smartphone dan perangkat yang dapat dikenakan pada awal 2017, dan untuk mobil listrik pada 2018. Tapi aplikasi pertama akan drone, November mendatang ini. “Beberapa pelanggan menggunakan drone dan balon untuk menyediakan Internet gratis ke negara berkembang, dan survei untuk bantuan bencana,” kata Hu. “Ini adalah aplikasi yang sangat menarik dan mulia.”
Puting baterai ini baru di kendaraan listrik juga bisa mewakili “dampak sosial yang sangat besar,” kata Hu: “standar industri adalah bahwa kendaraan listrik harus pergi setidaknya 200 mil di satu biaya. Kita bisa membuat baterai setengah ukuran setengah berat, dan itu akan menempuh jarak yang sama, atau kita dapat membuatnya ukuran yang sama dan berat yang sama, dan sekarang ia akan pergi 400 mil di satu biaya.”
Tweaker “cawan suci” dari baterai
Para peneliti telah selama beberapa dekade berusaha untuk membuat baterai lithium metal isi ulang, karena kapasitas energi yang lebih besar mereka, tetapi tidak berhasil. “Ini adalah jenis grail suci untuk baterai,” kata Hu.
Logam lithium, untuk satu, bereaksi buruk dengan elektrolit baterai - cairan yang ion etik antara katoda (elektroda positif) dan anoda (elektroda negatif) - dan senyawa bentuk kenaikan resistensi dalam baterai dan mengurangi siklus hidup. Reaksi ini juga menciptakan gundukan berlumut logam lithium, yang disebut dendrit, pada anoda, yang menyebabkan sirkuit pendek, menghasilkan panas tinggi yang menyatu elektrolit yang mudah terbakar, dan membuat baterai umumnya nonrechargeable.
Tindakan yang diambil untuk membuat baterai lebih aman datang pada biaya kinerja energi baterai, seperti switching keluar cairan elektrolit dengan elektrolit polimer padat buruk konduktif yang harus dipanaskan pada suhu tinggi untuk bekerja, atau dengan elektrolit anorganik yang sulit untuk meningkatkan.
Saat bekerja sebagai Postdoc dalam kelompok profesor MIT Donald Sadoway, seorang peneliti baterai terkenal yang telah mengembangkan beberapa garam cair dan baterai logam cair, Hu membantu membuat beberapa desain kunci dan kemajuan material dalam baterai lithium metal, yang menjadi dasar dari teknologi SolidEnergy ini.
Salah satu inovasi yang menggunakan ultrathin logam lithium foil untuk anoda, yaitu sekitar seperlima ketebalan dari anoda logam lithium tradisional, dan beberapa kali lebih tipis dan lebih ringan dari anoda grafit, karbon, atau silikon tradisional. Yang menyusut ukuran baterai setengahnya.
Tapi masih ada kemunduran besar: Baterai hanya bekerja pada 80 derajat Celcius atau lebih tinggi. “Itu showstopper,” kata Hu. “Jika baterai tidak bekerja pada suhu kamar, maka aplikasi komersial terbatas.”
Jadi Hu mengembangkan solusi hybrid elektrolit padat dan cair. Dia dilapisi logam lithium foil dengan elektrolit padat tipis yang tidak perlu dipanaskan untuk fungsi. Ia juga menciptakan sebuah novel kuasi-ion elektrolit cair yang tidak mudah terbakar, dan memiliki modifikasi kimia tambahan untuk pemisah dan sel desain untuk menghentikannya dari negatif bereaksi dengan logam lithium.
Hasil akhirnya adalah baterai dengan fasilitas energi-kapasitas baterai lithium logam, tetapi dengan fitur keselamatan dan umur panjang dari baterai lithium ion yang dapat beroperasi pada suhu kamar. “Menggabungkan lapisan padat dan baru efisiensi tinggi bahan cairan ionik merupakan dasar untuk SolidEnergy di sisi teknologi,” kata Hu.
Berkah tersembunyi
Di sisi bisnis, Hu sering dikunjungi Martin Trust Pusat MIT Kewirausahaan untuk mendapatkan wawasan berharga dari mentor dan investor. Dia juga terdaftar di Course 15,366 (Energy Ventures), di mana ia membentuk tim untuk mengembangkan rencana bisnis di seluruh baterai baru.
Dengan rencana bisnis mereka, tim memenangkan hadiah pertama-tempat di MIT $ 100K Kewirausahaan Kompetisi ini Accelerator Contest, dan menjadi finalis di MIT Bersih Prize Energi. Setelah itu, tim diwakili MIT di kompetisi nasional Bersih Prize Energi diadakan di Gedung Putih, di mana mereka ditempatkan kedua. Pada akhir 2012, Hu bersiap-siap untuk meluncurkan SolidEnergy, ketika A123 Systems, MIT terkenal spinout mengembangkan baterai lithium ion canggih, mengajukan kebangkrutan. lanskap tidak terlihat baik untuk perusahaan baterai. “Saya tidak berpikir perusahaan saya ditakdirkan, saya hanya berpikir perusahaan saya tidak akan pernah bahkan memulai,” kata Hu.
Tapi ini adalah sedikit dari berkah tersembunyi: Melalui koneksi MIT Hu, SolidEnergy bisa menggunakan A123 dengan fasilitas itu kemudian menganggur di Waltham - yang termasuk kering dan kamar bersih, dan peralatan manufaktur - untuk prototipe. Ketika A123 diakuisisi oleh Wanxiang Group di 2013, SolidEnergy menandatangani perjanjian kerjasama untuk terus menggunakan sumber daya A123.
Pada A123, SolidEnergy terpaksa prototipe dengan yang ada lithium ion peralatan manufaktur - yang, pada akhirnya, memimpin startup novel desain, tetapi praktis komersial, baterai. perusahaan baterai dengan inovasi materi baru sering mengembangkan proses manufaktur baru sekitar material baru, yang tidak praktis dan kadang-kadang tidak terukur, Hu mengatakan. “Tapi kami terpaksa menggunakan bahan yang dapat diimplementasikan ke dalam garis manufaktur yang ada,” katanya. “Dengan dimulai dengan dunia nyata ini manufaktur perspektif dan membangun baterai dunia nyata, kami mampu memahami apa bahan bekerja di proses-proses tersebut, dan kemudian mundur bekerja untuk merancang bahan-bahan baru.”
Setelah tiga tahun berbagi ruang A123 di Waltham, SolidEnergy bulan ini memindahkan kantor pusatnya ke merek baru, negara-of-the-art fasilitas pilot di Woburn itu 10 kali lebih besar - dan “dapat rumah sayap Boeing 747” kata Hu - dengan tujuan ramping produksi untuk peluncuran November mereka.
Artikel asli ditulis oleh Rob Matheson dari Kantor Berita MIT 16 Agustus 2016.