Dobrar energia da bateria de Consumer Electronics
| Jerry Huang
Novas baterias de metal de lítio pode fazer smartphones, drones, e carros elétricos última duas vezes mais longos.
Um spinout MIT está se preparando para comercializar uma bateria de metal de lítio recarregável romance que oferece o dobro da capacidade de energia das baterias de íon de lítio que muitos poder de eletrônicos de consumo de hoje.
Fundada em 2012 pelo MIT ex-aluno e ex-pós-doutorando Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems desenvolveu uma bateria de lítio metal “free-ânodo”, com vários avanços materiais que o tornam duas vezes mais energia densa, ainda tão seguro e de longa duração como o As baterias de iões de lítio utilizados em smartphones, carros eléctricos, dispositivos de vestir, aviões e outros dispositivos.
“Com e duas vezes a densidade de energia, podemos fazer uma bateria de metade do tamanho, mas que ainda perdura a mesma quantidade de tempo, como uma bateria de iões de lítio. Ou podemos fazer uma bateria do mesmo tamanho que uma bateria de iões de lítio, mas agora ele vai durar o dobro do tempo “, diz Hu, que co-inventou a bateria no MIT e é agora CEO da SolidEnergy.
A bateria essencialmente permutas fora um material de ânodo da bateria comum, grafite, para a folha de lítio-metal muito fina, de alta energia, que pode conter mais iões - e, por conseguinte, fornecer mais capacidade de energia. modificações químicas para o eletrólito também fazer as baterias normalmente de curta duração e volátil de metal de lítio recarregável e mais seguro para uso. Além disso, as baterias são feitas usando equipamento de fabrico existente de iões de lítio, o que os torna escalável.
Em outubro de 2015, SolidEnergy demonstrou o protótipo first-ever de trabalho de uma bateria do smartphone de metal de lítio recarregável com densidade de energia dupla, que lhes valeu mais de $ 12 milhões de investidores. Na metade do tamanho da bateria de iões de lítio usado em um iPhone 6, oferece 2,0 horas amp, comparado com 1,8 horas de amplificadores da bateria de iões de lítio.
planos SolidEnergy para trazer as baterias para smartphones e wearables no início de 2017, e para carros eléctricos em 2018. Mas a primeira aplicação será drones, vindo em novembro deste ano. “Vários clientes estão usando drones e balões para fornecer Internet gratuita para o mundo em desenvolvimento, e para levantamento de alívio de desastre”, diz Hu. “É uma aplicação muito excitante e nobre.”
Colocar essas novas baterias em veículos elétricos, bem poderia representar “um enorme impacto na sociedade”, Hu diz: “padrão da indústria é que os veículos eléctricos precisa ir pelo menos 200 milhas em uma única carga. Nós podemos fazer a bateria metade do tamanho e metade do peso, e vai percorrer a mesma distância, ou podemos torná-lo o mesmo tamanho e mesmo peso, e agora ele vai 400 milhas em uma única carga.”
Ajustando o “Santo Graal” das baterias
Os investigadores têm durante décadas procuraram fazer baterias de metal de lítio recarregáveis, devido à sua maior capacidade de energia, mas sem sucesso. “É uma espécie de Santo Graal para as baterias”, diz Hu.
de metal de lítio, por exemplo, reage fracamente com electrólito da bateria - um líquido, que conduz os iões entre o cátodo (eléctrodo positivo) e o ânodo (eléctrodo negativo) - e compostos de formulários que a resistência aumento da bateria e reduzir a vida de ciclo. Esta reacção também cria solavancos musgosas de metal de lítio, chamados dendritos, sobre o ânodo, que levam a curtos-circuitos, a geração de calor elevado que inflama o electrólito inflamável, e fazendo as baterias geralmente não recarregável.
As medidas tomadas para tornar as baterias mais seguro entrar no custo de desempenho de energia da bateria, tais como a mudança para o electrólito líquido, com um electrólito de polímero sólido fracamente condutor que tem de ser aquecido a altas temperaturas para o trabalho, ou com um electrólito inorgânico que é difícil ampliar.
Enquanto trabalha como um pós-doc no grupo de MIT professor Donald Sadoway, um investigador bateria bem conhecido que tem desenvolvido vários sal fundido e pilhas de metal líquido, Hu ajudou a fazer vários design da chave e avanços materiais em baterias de metal de lítio, que se tornou a fundação de A tecnologia da SolidEnergy.
Uma inovação foi usando uma folha de metal de lítio ultrafina para o ânodo, o que é cerca de um quinto da espessura de um ânodo de lítio metálico tradicional, e várias vezes mais finos e mais leves do que os ânodos de grafite, carbono, silício ou tradicionais. Que diminuiu o tamanho da bateria pela metade.
Mas ainda havia um grande revés: A bateria só trabalhou a 80 graus Celsius ou superior. “Isso foi um desmancha-prazeres”, diz Hu. “Se a bateria não funciona à temperatura ambiente, em seguida, as aplicações comerciais são limitados.”
Portanto, Hu desenvolveu uma solução híbrida electrólito sólido e líquido. Ele revestido a folha de metal de lítio com um electrólito sólido fino que não necessita de ser aquecido para função. Ele também criado um novo electrólito líquido quase-iónico que não é inflamável, e tem modificações químicas adicionais para a concepção do separador de pilha e para impedi-la de reagir negativamente com o metal lítio.
O resultado final era uma bateria com vantagens de capacidade de energia de baterias de metal de lítio, mas com as características de segurança e longevidade de baterias de iões de lítio que podem operar à temperatura ambiente. “Combinando o revestimento sólido e nova de alta eficiência materiais líquidos iónicos foi a base para SolidEnergy no lado da tecnologia,” diz Hu.
Bênção disfarçada
No lado do negócio, Hu freqüentado o Trust Center Martin para MIT Empreendedorismo para obter informações valiosas de mentores e investidores. Ele também inscritos no Curso de 15,366 (Energy Ventures), onde formou uma equipe para desenvolver um plano de negócios em torno da nova bateria.
Com seu plano de negócios, a equipe ganhou o primeiro prémio no Concurso Accelerator do MIT $ Entrepreneurship Competition o 100K, e foi finalista no Prêmio Clean Energy MIT. Depois disso, a equipe representada MIT na competição nacional Prêmio de Energia Limpa realizada na Casa Branca, onde ficou em segundo lugar. No final de 2012, Hu estava se preparando para lançar SolidEnergy, quando A123 Systems, o MIT conhecido spinout desenvolvimento de baterias de íon de lítio avançadas, pediu a falência. A paisagem não parecia bom para as empresas de bateria. “Eu não acho que a minha empresa foi condenada, eu apenas pensei que minha empresa nunca mesmo de começar”, diz Hu.
Mas este foi um pouco de uma bênção disfarçada: Através de conexões do MIT de Hu, SolidEnergy era capaz de usar o A123 é facilidades então ociosas em Waltham - que incluiu seco e quartos limpos, e fabricação de equipamentos - de protótipo. Quando A123 foi adquirida pelo Grupo Wanxiang em 2013, SolidEnergy assinado um acordo de colaboração para continuar usando os recursos do A123.
No A123, SolidEnergy foi forçado a protótipo com equipamento existente de iões de lítio fabricação - que, em última análise, levou a inicialização para design inovador, mas comercialmente prático, as baterias. empresas da bateria com novas inovações em materiais muitas vezes desenvolvem novos processos de fabricação em torno de novos materiais, que não são práticos e às vezes não escalável, diz Hu. “Mas nós fomos forçados a usar materiais que podem ser implementadas na linha de fabricação existentes”, diz ele. “Ao começar com este no mundo real fabricação de perspectiva e construção de baterias do mundo real, fomos capazes de entender o que materiais trabalhou nesses processos, e depois para trás de trabalho para projetar novos materiais.”
Após três anos de compartilhar espaço de A123 em Waltham, SolidEnergy este mês mudou sua sede para uma nova marca, state-of-the-art instalação piloto em Woburn que é 10 vezes maior - e “pode abrigar as asas de um Boeing 747” Hu diz - com o objetivo de aumentar a produção para o seu lançamento em novembro.
artigo original escrito por Rob Matheson da notícia do MIT Office em 16 de agosto, 2016.