Pagdodoble Battery Power of Consumer Electronics
| Jerry Huang
New lithium metal baterya ay maaaring gumawa ng mga smartphone, drones, at electric cars huling dalawang beses nang mas mahaba.
Isang MIT spinout ay naghahanda upang kalakalin isang nobelang rechargeable lithium metal baterya na alok double ang enerhiya kapasidad ng lithium ion baterya na kapangyarihan ang marami sa ngayon consumer electronics.
Itinatag noong 2012 sa pamamagitan ng MIT alumnus at dating postdoc Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems ay bumuo ng isang "anod-free" lithium metal baterya na may ilang mga materyal na advances na gawin itong dalawang beses bilang enerhiya-siksik, gayon pa man lamang bilang ligtas at pang-pangmatagalang bilang ang lithium ion baterya na ginagamit sa mga smartphone, electric cars, wearables, drones, at iba pang mga aparato.
"Gamit ang dalawang-beses ang enerhiya density, maaari naming gumawa ng isang baterya sa kalahati ng laki, ngunit na tumatagal pa rin ang parehong halaga ng oras, tulad ng isang lithium ion baterya. O maaari naming gumawa ng isang baterya ang parehong laki bilang isang lithium baterya ion, ngunit ngayon ito ay mahaba nang dalawang beses, "sabi ni Hu, na co-imbento ng baterya sa MIT at ngayon ay CEO ng SolidEnergy.
Ang baterya ay mahalagang swaps out isang pangkaraniwang baterya anod materyal, grapayt, para sa napaka-manipis, mataas na enerhiya lithium-metal foil, na kung saan ay maaaring magkaroon ng higit pang mga ions - at, samakatuwid, ay nagbibigay ng mas maraming enerhiya kapasidad. Chemical pagbabago sa electrolyte ring gawin ang mga karaniwang maikli ang buhay at madaling matuyo lithium metal baterya rechargeable at mas ligtas na gamitin. Dagdag pa rito, ang mga baterya ay ginawa gamit ang mga umiiral na lithium ion manufacturing kagamitan, na gumagawa ng mga ito scalable.
Noong Oktubre 2015, SolidEnergy nagpakita sa pinakaunang nagtatrabaho prototipo ng isang rechargeable lithium metal smartphone baterya na may double enerhiya density, na kung saan nakuha sa kanila ng higit sa $ 12 milyon mula namumuhunan. Sa kalahati ang laki ng mga lithium ion baterya na ginagamit sa isang iPhone 6, nag-aalok ito 2.0 amp oras, kumpara sa 1.8 oras amp ng lithium ion baterya.
SolidEnergy mga plano upang dalhin ang mga baterya sa mga smartphone at wearables sa unang bahagi ng 2017, at sa electric cars sa 2018. Ngunit ang unang application ay drones, darating ngayong Nobyembre. "Maraming mga customer ay gumagamit ng drones at mga lobo upang magbigay ng libreng Internet sa pagbubuo ng mundo, at upang survey para sa kalamidad lunas," sabi ni Hu. "Ito ay isang napaka-kapana-panabik at marangal na application."
Ang paglalagay ng mga bagong baterya sa electric sasakyan pati na rin ay maaaring kumakatawan sa "isang malaking societal epekto," Hu sabi ni: "Industry standard ay na electric sasakyan na kailangan upang pumunta sa hindi bababa sa 200 milya sa isang solong bayad. Maaari naming gawin ang mga baterya sa kalahati ang laki at kalahati ang bigat, at ito ay maglakbay sa parehong distansya, o maaari naming gawin itong ang parehong laki at parehong timbang, at ngayon ito ay pumunta 400 milya sa isang solong bayad. "
Ng pagsasaayos ang "banal na Kopita" ng mga baterya
Ang mga mananaliksik ay may para sa mga dekada na hinahangad upang gumawa ng rechargeable lithium metal baterya, dahil sa kanilang mas mataas na enerhiya kapasidad, ngunit upang hindi mapakinabangan. "Ito ay uri ng banal na Kopita para sa mga baterya," sabi ni Hu.
Lithium metal, para sa isa, reacts hindi maganda na may electrolyte ang baterya - isang likido na nagsasagawa ions sa pagitan ng mga katod (positibong elektrod) at ang anode (negatibong elektrod) - at mga form compounds na pagtaas ng paglaban sa ang baterya at bawasan ang cycle ng buhay. Reaksyon na ito ay lumilikha rin mossy lithium metal bumps, na tinatawag na dendrites, sa anod, na humantong sa maikling circuits, pagbuo ng mataas na init na nagniningas sa nasusunog electrolyte, at paggawa ng mga baterya sa pangkalahatan ay nonrechargeable.
Panukala kinuha upang gawin ang mga baterya mas ligtas na dumating sa ang gastos ng enerhiya pagganap ng baterya, tulad ng paglipat out ang likido electrolyte na may isang mahinang kondaktibo solid polimer electrolyte na dapat na pinainit sa mataas na temperatura sa trabaho, o sa isang tulagay electrolyte na ay mahirap na palakihin.
Habang nagtatrabaho bilang isang postdoc sa grupo ng MIT propesor Donald Sadoway, isang kilalang baterya tagapagpananaliksik sino ay bumuo ng ilang mga asin tunaw at likidong metal baterya, Hu nakatulong sa ilang mga pangunahing disenyo at materyal na advancements sa lithium metal baterya, na kung saan ay naging ang pundasyon ng ni SolidEnergy teknolohiya.
Isang makabagong ideya ay gumagamit ng isang ultrathin lithium metal foil para sa anod, na kung saan ay tungkol sa isang-ikalima ng kapal ng isang tradisyunal na lithium metal anod, at ilang beses thinner at layter kaysa sa tradisyonal na anodes grapayt, carbon, o silikon. Iyon shrunk sa laki ng baterya sa pamamagitan ng kalahati.
Ngunit nagkaroon pa rin ng isang pangunahing pag-urong: Ang baterya lamang ay nagtrabaho sa 80 degrees Celsius o mas mataas. "Iyon ay isang showstopper," sabi ni Hu. "Kung ang baterya ay hindi gumagana sa kuwarto temperatura, pagkatapos ay ang komersyal na aplikasyon ay limitado."
Kaya Hu bumuo ng isang solid at likidong hybrid electrolyte solusyon. Siya pinahiran ang lithium metal foil na may isang manipis na solid electrolyte na hindi kailangang ma-pinainit sa function. Siya rin ang lumikha ng isang nobelang quasi-ionic likido electrolyte iyon ay hindi nasusunog, at may mga karagdagang mga pagbabago kemikal sa separator at cell disenyo upang ihinto ang mga ito mula sa negatibong reacting sa lithium bakal.
Ang resulta ay isang baterya na may enerhiya na kapasidad perks ng lithium metal baterya, ngunit may mga tampok kaligtasan at kahabaan ng buhay ng lithium ion baterya na maaaring gumana sa kuwarto ng temperatura. "Ang pagsasama-sama ang solid patong at bagong high-kahusayan ionic likido materyales ay ang batayan para sa SolidEnergy sa gilid teknolohiya," sabi ni Hu.
Blessing in disguise
Sa gilid ng negosyo, Hu madalas na binibisita ng Martin Trust Center para sa MIT Entrepreneurship upang makakuha ng mahalagang pananaw mula sa mga tagapayo at mga mamumuhunan. Siya rin ang naka-enroll sa Course 15.366 (Energy Ventures), kung saan siya nabuo ng isang koponan upang bumuo ng isang plano sa negosyo sa paligid ng bagong baterya.
Sa kanilang business plan, ang koponan won ang unang puwesto na may premyong sa MIT Entrepreneurship Kumpetisyon ni $ 100K Accelerator Contest, at noon ay isang finalist sa MIT Clean Energy Prize. Pagkatapos nito, ang koponan kinakatawan MIT sa pambansang kumpetisyon Clean Energy Prize na ginanap sa White House, kung saan sila nang pangalawa. Sa late 2012, Hu ay giring up upang ilunsad SolidEnergy, kapag A123 Systems, ang kilalang MIT spinout pagbuo ng mga advanced lithium ion baterya, nai-file para sa bangkarota. landscape ay hindi maging maganda ang hitsura para sa mga kompanya ng baterya. "Hindi ko naisip ang aking kumpanya ay tiyak na mamamatay, naisip ko lang ang aking kumpanya ay hindi kailanman kahit makapagsimula," sabi ni Hu.
Ngunit ito ay medyo ng isang basbas sa magkaila: Sa pamamagitan ni Hu MIT koneksyon, SolidEnergy ay magagawang gamitin ang A123 ay pagkatapos-idle kagamitan sa Waltham - na kasama tuyo at malinis na kuwarto, at manufacturing kagamitan - upang tularan. Kapag A123 ay nakuha sa pamamagitan ng Wanxiang Group sa 2013, SolidEnergy naka-sign isang pakikipagtulungan kasunduan upang ipagpatuloy ang paggamit ng mga mapagkukunan A123.
Sa A123, SolidEnergy ay pinilit na prototype sa mga umiiral na lithium ion manufacturing kagamitan - na, sa huli, na humantong sa startup upang nobelang disenyo, ngunit komersyal na mga praktikal, baterya. Battery kumpanya na may bagong materyal na mga makabagong-likha ay madalas na bumuo ng mga bagong proseso manufacturing paligid ng mga bagong materyales, na kung saan ay hindi praktikal at minsan hindi scalable, Hu sabi. "Ngunit kami ay sapilitang upang gamitin ang mga materyales na maaring ipatupad sa umiiral na linya manufacturing," sabi niya. "Sa pamamagitan ng na nagsisimula sa ito sa totoong buhay pagmamanupaktura pananaw at pagbuo ng real-world na mga baterya, nagawa naming upang maunawaan kung ano materyales nagtrabaho sa mga proseso, at pagkatapos ng trabaho paurong upang magdisenyo ng mga bagong materyal."
Matapos ang tatlong taon ng pagbabahagi ng espasyo A123 sa Waltham, SolidEnergy buwang ito inilipat headquarters nito sa isang bagong-bagong, state-of-the-art pilot pasilidad sa Woburn na 10 beses na mas malaki - at "ay maaaring paglagyan ng mga pakpak ng isang Boeing 747" Hu sabi ni - na may layunin ng ramping up produksyon para sa kanilang Nobyembre launch.
Orihinal na artikulo na isinulat ni Rob Matheson ng MIT News Office on 16 Agosto 2016.