Batterie di plastica: tutte cariche e in attesa di partire

Molte persone controllano i loro fax ogni mattina, ma in questi giorni Theodore Poehler e Peter Searson si stanno interessando in modo particolare a ciò che appare sui loro. Questa coppia di scienziati della Johns Hopkins University crede di essere molto vicina a un accordo che potrebbe trasformare la loro ricerca nata da un'idea, una batteria interamente di plastica, in una realtà commerciale. Ogni giorno si aspettano di vedere l'esito finale di più di un anno di trattative, sperando in una decisione da parte di diverse grandi compagnie di batterie o in una parola di investitori privati ​​che hanno espresso la volontà di mettere a disposizione decine di milioni di dollari.

Un accordo con la giusta azienda di batterie o un gruppo di sostenitori potrebbe trasformare la loro invenzione da curiosità di laboratorio in una stella nascente nel vasto mercato delle batterie. Il prototipo è notevole: piccolo, leggero e ricaricabile. Ancora più intrigante, è disponibile in fogli sottili e pieghevoli che possono essere formati in una forma simile a un biglietto da visita. Poehler e Searson pensano che la nuova batteria potrebbe svolgere un ruolo di primo piano in una nuova generazione di veicoli elettrici, satelliti e dispositivi elettronici leggeri, anche in sostituzione delle batterie AA standard.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 1998

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Questo è il sogno. Realizzarlo in realtà, tuttavia, richiede un sacco di soldi. Ci vuole anche buon senso negli affari. E Poehler e Searson sanno che non c'è garanzia di successo. Siamo entrambi molto guardinghi, spiega Peohler. Se succede, succede, se non succede, beh, stiamo solo cercando di pensare a fare la ricerca per migliorare la tecnologia.

La loro storia è il racconto di come i ricercatori di base che lavorano all'avanguardia possono trovarsi nel mondo dell'imprenditorialità, del capitale di rischio e delle grandi imprese. E come, una volta arrivati ​​lì, i problemi potrebbero essere altrettanto complessi e molto meno familiari di quelli che affrontano al banco del laboratorio.

Poehler, professore di ingegneria elettrica e informatica e vice rettore dell'università per la ricerca, e Searson, professore di scienze dei materiali e ingegneria, non si sono mai proposti di essere imprenditori. Quando hanno iniziato la loro ricerca sei anni fa per una batteria interamente in plastica, volevano solo fare una buona scienza, testando i limiti di un materiale e di un sistema. I professori guidavano un team di ricercatori della Johns Hopkins che includeva Jeffrey Killian, Josef Gofer e Haripada Sarker; Successivamente è entrata a far parte del gruppo la dottoranda Jennifer Giaccai. I progressi furono lenti, ma nel 1996 avevano un prototipo funzionante. Poi, all'inizio dello scorso anno, un comunicato stampa della Johns Hopkins University che pubblicizzava lo sviluppo della nuova batteria di plastica ha scatenato una frenesia mediatica.

La batteria di plastica è stata nominata Invenzione dell'anno da Popular Science. Le troupe televisive sono arrivate dalla Svezia, da Tokyo e dal Brasile e hanno vagato per il laboratorio. I ricercatori sono apparsi sulla CNN e su USA Today. Gli studenti laureati del gruppo sono diventati star dei media locali. Centinaia di aziende e investitori hanno chiesto informazioni sulla nuova tecnologia, cercando di trasformare il suo potenziale elettrico in potenziale di guadagno. Gli analisti di Wall Street hanno chiamato per ottenere lo scoop su eventuali accordi che potrebbero essere firmati per produrre commercialmente la batteria.

In questi giorni, più di un anno dopo, il laboratorio è quasi tornato alla normalità. Una recente visita di TR ha trovato il solito silenzio di un laboratorio universitario, i ricercatori intenti a fare scienza. Le troupe televisive se ne sono andate. Il flusso costante di visitatori si è diradato.

Fuori dal bagliore dei media, il team di Johns Hopkins, come altri ricercatori accademici che hanno sviluppato una nuova tecnologia di materiali caldi, sta navigando nel mondo degli affari e della finanza.

Non commettere errori: la posta in gioco è alta. La commercializzazione di successo di una batteria di plastica potrebbe significare un sacco di soldi per i suoi inventori accademici e la loro università. Il solo mercato statunitense delle batterie è di 5,8 miliardi di dollari all'anno ed è pronto per una rapida crescita poiché una nuova generazione di veicoli elettrici e dispositivi elettronici più piccoli determina la necessità di batterie ricaricabili più efficienti e leggere. I laboratori aziendali e accademici di tutto il mondo stanno correndo per trovare la soluzione, con molti sforzi concentrati sulle batterie a base di litio ( vedi barra laterale ).

Una batteria di plastica potrebbe ritagliarsi una nicchia redditizia. La maggior parte delle batterie oggi è composta da metalli pesanti tossici e dannosi per l'ambiente come piombo e cadmio. Le batterie di plastica, invece, non contengono metalli e sono facilmente riciclabili. Devono essere sigillati in modo che l'umidità non smorzi la loro carica, ma i polimeri all'interno sono ben lontani dal litio, che può esplodere se esposto all'acqua.

Inoltre, la batteria interamente in plastica è costituita da fogli sottili simili a fogli, un vantaggio fondamentale per chi progetta un prodotto e ha bisogno di capire dove inserire una batteria. Immaginate involucri per computer portatili rivestiti con fogli sottili della batteria o parti strutturali dell'auto che sono allineate con le fonti di alimentazione, persino satelliti in cui la batteria di plastica è stipata in qualsiasi spazio disponibile. Puoi trasformarlo in qualsiasi configurazione tu voglia, dice Searson.

Il trucco sta nel trovare un anodo polimerico adatto a una batteria funzionante. Quando vengono utilizzati in una batteria, alcuni polimeri possono agire come grandi catodi, accettando prontamente gli elettroni provenienti dall'anodo attraverso un circuito esterno. D'altra parte, affinché un polimero conduttore agisca da anodo, deve essere drogato in modo che un elettrone in più venga forzato nella struttura del polimero, conferendogli una carica negativa. A differenza dei catodi drogati, tuttavia, gli anodi drogati sono instabili e vulnerabili all'umidità.

Nonostante la sfida, il team di Johns Hopkins ha caricato in avanti. Alla fine hanno scoperto che intrappolando uno ione di litio nella catena polimerica potevano fare in modo che un tipo di plastica chiamato polipirrolo si comportasse come un anodo. Dopo tre anni di sforzi, Poehler ha ritenuto che questo sistema iniziasse a sembrare decente. Nell'estate del 1995, il laboratorio ha prodotto una batteria funzionante. Ma la batteria produceva solo circa un volt per cella, troppo basso per molte applicazioni, e richiedeva ancora il litio come drogante.

La squadra è tornata al tavolo da disegno. Questa volta hanno fatto una svolta significativa in poco più di sei mesi. Il team della Johns Hopkins si è rivolto a una famiglia di polimeri chiamati fluorofeniltiofeni per formare gli elettrodi; un membro della famiglia, 3,4,5 TFPT, funge da anodo, mentre un altro, 3,5 DFPT, da catodo. I polimeri sono stati quindi inseriti a sandwich attorno a un elettrolita della batteria costituito da un sottile gel di poliacilonitrile. La batteria potrebbe produrre tre volt di elettricità per cella ed essere ricaricata centinaia di volte.

È stata una svolta notevole. Le batterie sono flessibili come un involucro di plastica, quindi possono essere arrotolate nella forma cilindrica di una batteria convenzionale per torcia o utilizzate come fogli sottili come una carta di credito. A differenza delle batterie convenzionali, che spesso non funzionano a temperature molto al di sotto dello zero, sono in grado di funzionare a temperature fino a -40 gradi C. Come bonus extra, le batterie cambiano colore quando si scaricano, rendendo facile capire quando un è necessaria la ricarica.

Ora il laboratorio aveva un prototipo funzionante, ma era solo il punto di partenza sulla difficile strada verso la commercializzazione. Poehler, che ha visto molti accordi di trasferimento tecnologico nella sua veste di vice rettore, ha preso la guida dello sforzo commerciale del team. La prima sfida è determinare se la tecnologia è competitiva, spiega. Alla fine del 1996, quando la storia è apparsa sui media, i ricercatori della Johns Hopkins erano sicuri che la loro batteria avesse raggiunto quel livello. Hanno risolto il diluvio di richieste e hanno incontrato più di 40 potenziali partner di ricerca o finanziatori, andando in visita o ricevendo visite da aziende o gruppi di ricerca quasi ogni settimana per più di un anno.

Non abbiamo considerato la maggior parte degli incontri come opportunità per concludere affari, ma come opportunità di scambio di informazioni, afferma Poehler. Eppure l'obiettivo principale era quello di concludere un accordo importante che portasse la batteria sul mercato, non solo di portare soldi per fare ulteriori ricerche. Ci stiamo ancora lavorando e lottiamo sempre per arrivare al punto in cui la tecnologia si vende da sola, dice.

Arrivare a quel punto, tuttavia, non è facile. Significa infatti negoziare un mondo complesso di venture capital e corporate finance. Poehler e Searson hanno entrambi un'impressionante reputazione accademica, ma, come la maggior parte degli scienziati, nessuno dei due ha molta esperienza nel commercio e nel commercio e nel mondo dell'alta finanza.

Richiede un set di abilità diverso rispetto alla scienza, afferma Lita Nelsen, direttrice del Technology Licensing Office del MIT. Ci sono poche persone che hanno entrambi i set di abilità, ma non molte. La crescente offerta di dollari di capitale di rischio e investitori aziendali alla ricerca di tecnologie calde significa aumentare le opportunità di business per gli scienziati universitari. Nelsen afferma, tuttavia, che gli scienziati spesso si concentrano esclusivamente sugli aspetti finanziari di un accordo quando in realtà dovrebbero cercare qualcosa di più del denaro. Il denaro è disponibile. Dovrebbero cercare la saggezza che va di pari passo con essa: la saggezza di sapere cosa fare in situazioni di giudizio come quando l'amministratore delegato non sta lavorando o quando qualcuno sta violando il loro brevetto.

I ricercatori accademici devono affrontare una serie di decisioni difficili, mentre cercano di guidare le loro tecnologie fuori dal laboratorio nel mondo degli affari. Potrebbero, ad esempio, semplicemente concedere in licenza il loro brevetto e andare avanti con la loro ricerca. In alternativa, potrebbero avviare una collaborazione con un'azienda che potrebbe fornire l'esperienza di marketing e produzione che manca agli scienziati. Infine, potrebbero cercare di trovare finanziamenti per una loro startup.

Ogni opzione ha pro e contro. Qualunque sia la loro decisione, Poehler e Searson affermano che intendono mantenere il loro lavoro accademico e lasciare che gli uomini d'affari gestiscano qualsiasi azienda. Concedere in licenza la tecnologia a una società di batterie affermata è una scommessa sicura dal punto di vista finanziario, ma di solito significa rinunciare al controllo totale. L'assunzione di fondi di capitale di rischio potrebbe anche significare che i ricercatori rinuncerebbero a un maggiore controllo su uno spin-off della batteria di quanto avrebbero dovuto con altre fonti di capitale private.

La posta in gioco nella decisione è se la batteria di plastica riuscirà mai a uscire dal laboratorio ed emergerà come un dispositivo pratico. La commercializzazione di nuovi tipi di batterie è un processo notoriamente costoso, che richiede nuovi impianti di produzione e un impegno a lungo termine in un particolare tipo di tecnologia. Una volta che una società concede in licenza una tecnologia, ottiene in gran parte il controllo sul suo destino, inclusa la scelta di ucciderne lo sviluppo. Scegli il partner sbagliato e la batteria, una volta il tesoro dei brani sonori TV di 30 secondi, può essere rapidamente relegata al mucchio di batterie migliori di una società che non si sono mai esaurite.

D'altro canto, la giusta manovra aziendale potrebbe fornire un lucroso giorno di paga a Searson e Poehler, così come a una manciata di loro colleghi di laboratorio. Come la maggior parte dei ricercatori che scoprono qualcosa con un potenziale commerciale, Searson, Poehler e i loro colleghi sono stati attenti a depositare un brevetto prima di rilasciare pubblicamente i risultati. L'università possiede il brevetto, ma i profitti o le tasse di licenza sono divisi in modo che un terzo vada all'università, un terzo ai ricercatori e un terzo al laboratorio per le sue ricerche future. Se i numeri coinvolti diventano molto grandi, la quota personale dei ricercatori scende a circa il 15%.

Per il momento, tuttavia, la batteria di plastica Johns Hopkins sembra essere appesa a un catch-22 che spesso affligge i laboratori che cercano di commercializzare la tecnologia nelle prime fasi di sviluppo; il progetto ha bisogno di più fondi per raggiungere la fase successiva di sviluppo, ma i finanziatori vogliono vedere una tecnologia più altamente sviluppata prima di allentare i cordoni della borsa.

Inoltre, mentre il mercato del capitale di rischio continua a crescere ed è una pronta fonte di dollari per le startup nel campo delle tecnologie dell'informazione e delle biotecnologie, gli investimenti di rischio in nuovi materiali rimangono un settore lento, spesso trascurato. A Wall Street non piacciono le storie sui materiali, afferma Joe Lovett, general partner di Medical Science Partners, una società di venture capital a Wellesley, Mass., che finanzia sia le startup di biotecnologia che di scienza dei materiali.

Josh Lerner, professore associato presso la Harvard Business School ed esperto di capitale di rischio, afferma: La scienza dei materiali ha avuto una breve ondata di popolarità alla fine degli anni '80 con la superconduttività ad alta temperatura. Ma la gente sembra essere delusa dalla zona. Lerner afferma che anche con il boom degli investimenti di rischio, esiste ancora una fascia molto ristretta di tecnologie finanziate; Dall'80 all'85 percento delle aziende si occupa di tecnologia dell'informazione e scienze della vita.

Al di là di tali ostacoli al finanziamento, la batteria di plastica affronta la dura concorrenza di molti altri promettenti tipi di batterie, comprese le batterie zinco-aria e le batterie al litio. Ognuna di queste tecnologie ha centinaia di milioni di dollari di investimenti e un vantaggio decisivo. Alcuni sono già stati prodotti su larga scala. Come la batteria di plastica, sono efficienti, leggere e compatte. Le batterie ai polimeri di litio, ad esempio, possono essere modellate in quasi tutte le forme, persino tagliate a pezzi senza perdere la carica.

Quindi quali sono le probabilità che un giorno ci ritroveremo a guidare in auto con parti rivestite di batterie di plastica, a parlare con telefoni cellulari alimentati da quella roba? È ancora presto per dirlo. Se Poehler avesse la sua scelta, una delle più grandi aziende di batterie al mondo direbbe: 'Prenderemo questo, lo faremo e ti daremo un grande affare, e tu puoi ancora fare il tuo lavoro per migliorare la tecnologia', o un finanziario il finanziatore sarebbe venuto e avrebbe dato loro un sacco di soldi per avviare una società.

Ma gli scienziati della Johns Hopkins sanno che non è così facile. Quindi ogni mattina Poehler e Searson continuano a cercare l'accordo firmato che potrebbe avvicinarci alla realtà delle batterie di plastica. Nonostante tutte le scoperte della ricerca, il clamore mediatico e gli incontri promettenti, è ancora un sogno cercare di fare il grande salto nel mondo commerciale.

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