MIT-Starprofessor Don Sadoway über Innovationen in der Energiespeicherung

Jul 27, 2023

Don Sadoway, MIT-Professor für Materialchemie, ist einer der beliebtesten Professoren und gefragtesten Redner der Schule. Er sprach am 8. März im Palo Alto Research Center bei einer vom MIT Club of Northern California gesponserten Veranstaltung.

Wenn Sie die Möglichkeit haben, an Sadoways Kurs teilzunehmen oder ihn sprechen zu hören, dann tun Sie es. Er ist einer der unterhaltsamsten und lehrreichsten Lehrer, denen Sie begegnen werden, auch wenn er Vorlesungen über Festkörperchemie hält. Der Vortrag in diesem Video ähnelt dem Vortrag, den er bei PARC gehalten hat.

Sadoways Forschung reicht von der Metallproduktion und tragbaren Energiespeichergeräten bis hin zu seiner „Flüssigkeitsbatterie“, die in der Netzspeicherung für erneuerbare Energieanwendungen Anwendung findet.

Sadoway diskutierte zwei technische Themen – Flüssigmetallbatterien für die Energiespeicherung im großen Maßstab und Nicht-Lithium-Ionen-Batterien für Automobilanwendungen. Er ging auch auf Lehren, Lernen, Musik und Kunst ein.

Der Professor sprach darüber, wie sich Akkus verbessert haben, als wir von Bleisäure mit 35 Wh/kg zu Li-Ionen mit 150 Wh/kg übergingen (gegenüber Benzin mit 12.000 Wh/kg). Aber Sadoway glaubt nicht, dass Li-Ionen-Batterien im Netz- oder Transportbereich eine Zukunft haben. Wir müssen die Chemie ändern, und das erfordert laut Sadoway radikale Innovationen, um Solar- und Windenergie besser einsetzbar zu machen. In diesem Fall müssen wir eine Batterie herstellen, die hohen Strom verarbeiten kann.

Lithium-Ionen-Akkus in Telefonen und Autos müssen äußerst sicher sein. Mobiltelefone „müssen idiotensicher sein, vor allem weil sie in den Händen von Idioten sind“, und Batterien in Autos müssen einem Unfall standhalten können. Stationäre Batterien für die Massenspeicherung unterliegen nicht denselben Anforderungen, was mehr Freiheit bei der Wahl der Chemie ermöglicht, aber die Anwendung erfordert einen sehr niedrigen Preis – und Sadoway besteht darauf, dass man zu Beginn des Produktdesigns über den Preis nachdenken muss Verfahren.

Die Zielkosten für die Traktion eines vollelektrischen Autos liegen laut Sadoway bei 100 bis 200 US-Dollar pro kWh, und die stationäre Speicherung muss bei etwa 50 US-Dollar pro kWh liegen.

Sadoway äußerte sich auch zum traurigen Stand der Energieforschung in den USA und sagte: „Wir müssen die Entdeckungsrate beschleunigen. Wir können Batterien zwei- oder dreimal besser machen, wenn wir bereit sind, die Investition zu tätigen.“ Er sagte, dass die Energieforschung seit den 1970er Jahren um das Sechsfache zurückgegangen sei, während die medizinische Forschung um das Vierfache gewachsen sei. Er sagte, dass die US-Energieindustrie 0,25 Prozent ihres Umsatzes für Forschung und Entwicklung ausgibt, während die Pharmaindustrie 18 Prozent ausgibt und Halbleiterfirmen 16 Prozent ausgeben. Selbst die Automobilindustrie gibt 3 Prozent ihres Umsatzes für Forschung und Entwicklung aus.

Um auf die Batterieforschung zurückzukommen: Sadoway empfahl den Forschern, „ihre Suche auf Elemente zu beschränken, die auf der Erde vorkommen. Die einzige Möglichkeit, etwas spottbillig herzustellen, besteht darin, es aus Dreck herzustellen – amerikanischem Dreck.“

Eine kolossale, aber günstige Batterie

Sadoway forderte die Forschungsgemeinschaft heraus, eine kolossale und dennoch kostengünstige Batterie zu erfinden. Er wies die Forscher an, sich mit den Skaleneffekten der modernen Elektrometallurgie und der Aluminiumschmelze zu befassen, die den heiligen Gral der Batterien bedient – ​​die Erzielung eines hohen Stroms bei gleichzeitiger Beibehaltung massiver Skalen.

Warum ist eine Aluminiumzelle keine Batterie? An beiden Elektroden müssen flüssige Metalle erzeugt werden.

Die Herstellung von Metall an der Kathode ist trivial, aber die Herstellung von Metall an der Anode ist nicht so trivial. Also kehrte Sadoway zum Periodensystem zurück und verwendete Magnesium, um Antimon „einzuschüchtern“, damit es sich wie ein Nichtmetall verhält. Von dort aus erfanden Sadoway und sein Team mit Startkapital des MIT die Flüssigmetallbatterie oder, akademischer ausgedrückt, einen Prozess namens „Reversible Ambipolar Electrolysis“.

Die Batterie verwendet geschmolzenes Antimon und geschmolzenes Magnesium, getrennt durch einen Elektrolyten. Sadoway behauptet, dass die vollständig flüssige Konfiguration selbstorganisierend sei und voraussichtlich zu geringen Kosten skalierbar sei. Darüber hinaus könnte diese Technologie möglicherweise günstiger sein als Natrium-Schwefel-Batterien (NaS).

Das Team hat seitdem 7 Millionen US-Dollar von ARPA-E und 4 Millionen US-Dollar von Total erhalten und eine Firma namens Liquid Metal Battery Company gegründet.

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Zu einem völlig anderen Thema finden Sie hier Sadoways Playlist „Dinnertime Sampler“ aus dem Jahr 2002. Der Professor fügt normalerweise einige Melodien hinzu, um einen Punkt zu veranschaulichen – „Water Music“ für wässrige Chemie, „The Twist“ für DNA usw.

Donald R. SadowayJohn F. Elliott Professor für Materialchemie, MacVicar Faculty Fellow