Il raddoppio di potenza della batteria di elettronica di consumo
| Jerry Huang
Le nuove batterie litio-metallo potrebbe rendere gli smartphone, droni, e auto elettriche ultimo doppio del tempo.
Un testa-coda del MIT si appresta a commercializzare un romanzo batteria di metallo di litio ricaricabile che offre il doppio della capacità energetica delle batterie agli ioni di litio che il potere molti di elettronica di consumo di oggi.
Fondata nel 2012 da MIT alunno ed ex postdoc Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems ha sviluppato una batteria al litio di metallo “senza anodo” con diversi progressi materiali che lo rendono il doppio di energia-densa, ma altrettanto sicuro e di lunga durata, come il batterie agli ioni di litio usate in smartphone, macchine elettriche, indossabili, fuchi e altri dispositivi.
“Con due volte la densità di energia, possiamo fare un mezzo batteria delle dimensioni, ma che dura ancora la stessa quantità di tempo, come una batteria agli ioni di litio. Oppure possiamo fare una batteria le stesse dimensioni di una batteria agli ioni di litio, ma ora durerà il doppio del tempo “, dice Hu, che ha co-inventato la batteria al MIT ed è ora amministratore delegato di SolidEnergy.
La batteria essenzialmente swap su una comune batteria materiale anodico, grafite, per molto sottile, lamina di litio-metallo ad alta energia, che può contenere più ioni - e, quindi, fornire più capacità energetica. modificazioni chimiche per l'elettrolita anche rendere le batterie in genere di breve durata e volatile metallo al litio ricaricabile e più sicuro per l'uso. Inoltre, le batterie con un'apparecchiatura fabbricazione litio esistente, che li rende scalabile.
Nel mese di ottobre 2015, SolidEnergy dimostrato il prototipo prima volta che lavora di una batteria al litio smartphone metallo ricaricabile a doppia densità di energia, che li hanno guadagnato più di $ 12 milioni da parte degli investitori. A metà delle dimensioni della batteria agli ioni di litio utilizzata in un iPhone 6, che offre 2,0 ore amp, rispetto a 1,8 ore di ampère della batteria agli ioni di litio.
piani SolidEnergy per portare le batterie agli smartphone e indossabili nei primi mesi del 2017, e per le auto elettriche nel 2018. Ma la prima applicazione sarà droni, venendo questo novembre. “Molti clienti stanno utilizzando droni e palloncini per fornire internet gratuito per il mondo in via di sviluppo, e l'indagine per il caso di catastrofe”, dice Hu. “E 'un programma molto interessante e nobile.”
Mettendo queste nuove batterie nei veicoli elettrici e potrebbe rappresentare “un enorme impatto sociale”, dice Hu: “standard è che i veicoli elettrici hanno bisogno di andare almeno 200 miglia con una singola carica. Possiamo fare la parte della batteria la dimensione e la metà del peso, e sarà percorrere la stessa distanza, o siamo in grado di rendere le stesse dimensioni e lo stesso peso, e ora andremo 400 miglia con una singola carica.”
Ottimizzare il “Sacro Graal” delle batterie
I ricercatori hanno per decenni hanno cercato di rendere le batterie al litio ricaricabili in metallo, a causa della loro capacità di maggiore energia, ma senza alcun risultato. “È un po 'il Santo Graal per le batterie”, dice Hu.
Litio metallico, per esempio, reagisce male con elettrolita della batteria - un liquido che conduce ioni tra il catodo (elettrodo positivo) e l'anodo (elettrodo negativo) - e forma composti che aumentano la resistenza della batteria e ridurre la durata del ciclo. Questa reazione crea anche urti muschiosi litio metallo, chiamati dendriti, sull'anodo, che portano a cortocircuiti, generando calore elevato che accende l'elettrolita infiammabile, e rendendo le batterie generalmente non ricaricabile.
Misure adottate per rendere le batterie più sicuro andare a scapito del rendimento energetico della batteria, come il passaggio l'elettrolita liquido con un elettrolita polimerico solido scarsamente conduttivo che deve essere riscaldato a temperature elevate al lavoro, o con un elettrolita inorganico che è difficile scalare.
Mentre lavora come postdoc nel gruppo del MIT professore Donald Sadoway, un ricercatore batteria noto che ha sviluppato diverse batterie metallo liquido sale fuso e, Hu ha contribuito a rendere vari disegno chiave e avanzamenti materiale a batterie al litio metallo, che divenne il fondamento della La tecnologia di SolidEnergy.
Un'innovazione stava usando un foglio di litio metallico ultrasottile per l'anodo, che è circa un quinto dello spessore di un tradizionale anodo di litio metallico, e molte volte più sottile e più leggero di anodi di grafite, carbonio, silicio o tradizionali. Che si sono ristretti i dimensioni della batteria della metà.
Ma c'era ancora una grave battuta d'arresto: la batteria solo lavorato a 80 gradi Celsius o superiore. “E 'stato un bloccante”, dice Hu. “Se la batteria non funziona a temperatura ambiente, quindi le applicazioni commerciali sono limitati.”
Così Hu ha sviluppato una soluzione ibrida elettrolita solido e liquido. Ha ricoperto la lamina metallica di litio con elettrolita solido sottile che non deve essere riscaldata alla funzione. Creò anche un romanzo elettrolita liquido quasi-ionico che non è infiammabile, ed ha ulteriori modifiche chimiche al disegno separatore e cella per impedirgli di reagire negativamente con il litio metallico.
Il risultato finale era una batteria con vantaggi energetici capacità di batterie al litio metallo, ma con le caratteristiche di sicurezza e la longevità delle batterie agli ioni di litio che possono operare a temperatura ambiente. “Combinando il rivestimento solido e nuovo alta efficienza materiali liquidi ionici è all'origine di SolidEnergy sul lato tecnologia” dice Hu.
Benedizione sotto mentite spoglie
Sul fronte commerciale, Hu frequentato il Martin Centro protezione per il MIT Entrepreneurship per ottenere informazioni preziose da mentori e investitori. Ha anche iscrive Corso 15,366 (Energy Ventures), dove ha formato un team per sviluppare un business plan in giro la nuova batteria.
Con il loro business plan, la squadra ha vinto il premio del primo posto al Concorso Accelerator MIT $ 100K Entrepreneurship Concorso, ed è stato finalista al Premio Clean MIT Energy. Dopo di che, il team ha rappresentato MIT al concorso nazionale Clean Energy Prize tenuto alla Casa Bianca, dove sono collocati secondo. Alla fine del 2012, Hu è stato attrezzando per lanciare SolidEnergy, quando A123 Systems, il noto MIT spinout sviluppo di batterie agli ioni di litio avanzate, presentato istanza di fallimento. Il paesaggio non ha un bell'aspetto per le società di batteria. “Non pensavo che la mia azienda è stata condannata, ho solo pensato che la mia azienda sarebbe mai ancora di iniziare”, dice Hu.
Ma questo era un po 'di una benedizione sotto mentite spoglie: attraverso le connessioni del MIT di Hu, SolidEnergy è stato in grado di utilizzare l'A123 è poi strutture-idle in Waltham - che comprendeva secco e camere pulite, e attrezzature di produzione - a prototipo. Quando A123 è stata acquisita da Wanxiang Group nel 2013, SolidEnergy ha firmato un accordo di collaborazione per continuare a utilizzare le risorse di A123.
Al A123, SolidEnergy stato costretto a prototipo con attrezzature esistenti litio fabbricazione - che, in ultima analisi, ha portato l'avvio alla forma innovativa, ma commercialmente pratica, batterie. società di batteria con le nuove innovazioni materiali spesso sviluppano nuovi processi di produzione in tutto i nuovi materiali, che non sono pratici ea volte non scalabile, Hu dice. “Ma siamo stati costretti ad utilizzare materiali che possono essere implementati nella linea di produzione esistenti,” dice. “Partendo da questo mondo reale la produzione di prospettiva e la costruzione di batterie del mondo reale, siamo stati in grado di capire quali materiali hanno lavorato in quei processi, e poi indietro di lavoro per la progettazione di nuovi materiali.”
Dopo tre anni di condivisione dello spazio di A123 a Waltham, SolidEnergy questo mese trasferito la sua sede per un nuovo marchio, state-of-the-art impianto pilota a Woburn che è 10 volte più grande - e “in grado di ospitare le ali di un Boeing 747”, dice Hu - con obiettivi di dilagare di produzione per il loro lancio di novembre.
Articolo originale scritto da Rob Matheson del MIT News Office il 16 Agosto 2016.