Podwojenie Battery Power of Consumer Electronics
| Jerry Huang
Nowe baterie litowe metalowe mógłby smartfony, drony i samochodów elektrycznych dwukrotnie większą trwałość.
MIT Spinout przygotowuje się do komercjalizacji nowej metalowej akumulator litowo że oferty podwoić pojemność energetyczną akumulatorów litowo-jonowych, które zasilania wielu dzisiejszych elektroniki użytkowej.
Założona w 2012 roku przez MIT absolwent i były postdoc Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems opracowała metalowej anody litowo baterii „wolne” z kilku istotnych postępów, które czynią go dwukrotnie energetycznej gęsty, ale tak samo bezpieczne i długotrwałe jako litowe jonowe stosowane w smartfony, samochodów elektrycznych galanterii, bezzałogowych i innych urządzeń.
„Z dwiema wartościami gęstości energii, możemy pół baterii wielkości, ale trwa nadal tę samą ilość czasu jak akumulator litowo-jonowy. Albo możemy baterii tej samej wielkości jak bateria litowo-jonowa, ale teraz to będzie trwało dwa razy dłużej „, mówi Hu, który wspólnie wynalazł baterię na MIT, a obecnie prezes SolidEnergy.
Akumulator zasadniczo swapy się materiały anody wspólny akumulator, grafit, w przypadku bardzo cienkiego, o wysokiej energii folii litu-metalu, który może pomieścić więcej jonów - i dlatego zapewniają lepszą wydajność energetyczną. modyfikacje chemiczne do elektrolitu również baterie zwykle krótkotrwały i lotnych metali litowo i bezpieczniejsze w użyciu. Ponadto baterie są za pomocą istniejących urządzeń produkcyjnych jonów litu, który sprawia, że są skalowalne.
W październiku 2015 r SolidEnergy zademonstrował prototyp pierwszego w historii roboczą ładowalna bateria litowa metalowej smartfon z podwójnej gęstości energii, która do nich zarobił ponad $ 12 milionów inwestorów. O połowę mniejszy akumulatora litowo-jonowego stosowanej w iPhone 6 oferuje wzmacniacza 2,0 godziny, w porównaniu z baterią litowo-jonowych w 1,8 godziny AMP.
Plany SolidEnergy przynieść baterie do smartfonów i galanterii na początku 2017 roku, a do samochodów elektrycznych w 2018. Ale pierwsza aplikacja będzie drony, nadchodzi w listopadzie tego roku. „Kilka klienci używają drony i balony, aby zapewnić bezpłatny dostęp do Internetu w krajach rozwijających się, a także badania dla pomocy w przypadku katastrof,” Hu mówi. „To bardzo ekscytujące i szlachetny aplikacji.”
Wprowadzenie tych nowych akumulatorów w pojazdach elektrycznych, a także może stanowić „ogromny wpływ społeczny,” Hu mówi: „standard Przemysł jest to, że pojazdy elektryczne muszą przejść co najmniej 200 mil na jednym ładowaniu. Możemy sprawić, że połowa bateria wielkości i połowa wagi i będzie przebyć tę samą odległość, lub możemy zrobić to ten sam rozmiar i waga sama, a teraz będzie go 400 mil na jednym ładowaniu.”
Szczypanie „świętego Graala” baterii
Naukowcy mają do poszukiwanych, aby akumulatory litowo-metalowe, z powodu ich pojemności większej energii dziesięcioleci, ale bezskutecznie. „Jest to rodzaj świętego Graala dla baterii,” mówi Hu.
litu, na przykład, reaguje słabo z elektrolitem akumulatora - ciecz, która przewodzi jony pomiędzy katodą (elektrodą dodatnią), a anoda (elektrodą ujemną) - i tworzy związki, które zwiększają odporność na baterii i skrócić czas cyklu. Reakcja ta tworzy również mechaty guzki metalicznego litu, zwane dendrytów na anodzie, które prowadzą do zwarć, generując wysokie ciepło, które zapala łatwopalne elektrolitu, a co baterie ogólnie NIEŁADOWALNYCH.
Działania podjęte, aby baterie bezpieczniejsze się kosztem wydajności energetycznej baterii, takimi jak zmiana z ciekłego elektrolitu słabo przewodzącego elektrolitu stałego polimeru, które muszą być podgrzane w wysokich temperaturach, do pracy lub nieorganiczną elektrolitu, która jest trudna do powiększać w skali rysunek.
Pracując jako postdoc w grupie MIT profesor Donald Sadoway, znanego badacza baterii, która opracowała kilka stopioną sól i ciekłych baterii metalowymi Hu przyczynili się kilka przycisków dostępnych i istotnych osiągnięć w bateriach metalowych litu, który stał się podstawą technologia SolidEnergy użytkownika.
Nowością używał ultracienkich folię litu do anody, która jest równa około jednej piątej grubości tradycyjnego litu-metalu anody i wielokrotnie cieńszy i lżejszy w porównaniu z tradycyjnymi anod grafit, węgiel lub krzem. Który skurczył rozmiaru baterii o połowę.
Ale był jeszcze głównym wpadka: akumulator pracował tylko przy 80 stopniach Celsjusza lub wyższa. „To był showstopper” Hu mówi. „Jeśli bateria nie działa w temperaturze pokojowej, a następnie zastosowania komercyjne są ograniczone.”
Więc Hu opracowała rozwiązanie hybrydowe elektrolitów stałych i ciekłych. powleczone on folię litu cienką stałym elektrolitem, które nie muszą być podgrzane do działania. On też utworzony nowy quasi-jonowy ciekły elektrolit, który nie jest palny, a jej dodatkowe modyfikacje chemiczne do separatora komórek i konstrukcji, aby zatrzymać go przed niekorzystnie reagować z litu metalicznego.
Wynik końcowy był akumulator energii z przywilejów pojemności baterii litu, ale cechy bezpieczeństwa i żywotności baterii litowo-jonowych, które mogą pracować w temperaturze pokojowej. „Połączenie stałej powłoki oraz nowych wysokosprawnych niejonowych substancji ciekłej podstawą SolidEnergy od strony technologicznej,” Hu mówi.
Szczęście w nieszczęściu
Po stronie biznesu, Hu uczęszczanych Martin Centrum zaufania dla MIT Przedsiębiorczości aby uzyskać cenne informacje od mentorów i inwestorów. On również zapisał się Course 15.366 (Ventures energii), gdzie utworzyły zespół do opracowania planu biznesowego wokół nowej baterii.
Z planem biznesowym, zespół zdobył pierwsze miejsce nagrodę na Konkursie $ Accelerator Konkurencji MIT 100k Przedsiębiorczości, a był finalistą w MIT Clean Energy Prize. Po tym, zespół reprezentował MIT w ogólnopolskim konkursie Clean Energy Prize, która odbyła się w Białym Domu, gdzie zajął drugie miejsce. Pod koniec 2012 roku, Hu został szykuje się do uruchomienia SolidEnergy, gdy A123 Systems, znany MIT Spinout tworzeniu zaawansowanych akumulatorów litowo-jonowych, złożył wniosek o upadłość. Krajobraz nie wygląda dobrze dla firm bateryjnych. „Nie sądziłem, że moja firma została skazana, po prostu, że moja firma nigdy nawet zacząć,” Hu mówi.
Ale to było swego rodzaju szczęście w nieszczęściu: Poprzez połączeń MIT Hu, SolidEnergy był w stanie korzystać z A123 jest wówczas bezczynnych urządzeń w Waltham - która obejmowała suche i czyste pokoje i urządzeń produkcyjnych - do prototypu. Kiedy A123 została przejęta przez Grupę Wanxiang w 2013 SolidEnergy podpisały umowę o współpracy w celu dalszego korzystania z zasobów A123 jest.
Na A123, SolidEnergy został zmuszony do prototypu z istniejącym litowo-jonowych urządzeń produkcji - który ostatecznie doprowadził do uruchamiania zaprojektować powieści, ale komercyjnie praktyczne, baterie. Firmy baterii z nowymi innowacjami materialnych często rozwijają nowe procesy produkcyjne w obrębie nowych materiałów, które nie są praktyczne, a czasami nie skalowalne, Hu mówi. „Ale byliśmy zmuszeni do korzystania z materiałów, które mogą być wprowadzone do istniejącej linii produkcyjnej,” mówi. „Rozpoczynając z tym rzeczywistym świecie produkuje i buduje perspektywę baterie rzeczywistym świecie, byliśmy w stanie zrozumieć, jakie materiały pracował w tych procesach, a następnie w kierunku do tyłu pracy do projektowania nowych materiałów.”
Po trzech latach dzieląc przestrzeń A123 w Waltham, SolidEnergy tym miesiącu przeniosła swoją siedzibę do nowego, state-of-the-art zakładu pilotażowego w Woburn, który jest 10 razy większa - Hu mówi i „może pomieścić skrzydła Boeinga 747” - z celami rozkręceniu produkcje do ich rozpoczęcia listopada.
Oryginalny artykuł napisany przez Roba Matheson MIT Aktualności Urzędu w dniu 16 sierpnia 2016 r.