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太平洋岸北西部の春には、雪解けによる融解水が川を流れ落ち、風が強く吹くことがよくあります。 これらの力は、この地域の多くのパワータービンを回転させ、穏やかな気温と比較的低いエネルギー需要のときに豊富な電力を生成します。 しかし、夏になるとエアコンに電力を供給する可能性のあるこの季節的な余剰電力の多くは、バッテリーが十分な長さで蓄えられないために失われます。

ワシントン州リッチランドにあるエネルギー省国立研究所であるパシフィックノースウェスト国立研究所（PNNL）の研究者は、この問題を解決する可能性のあるバッテリーを開発しています。 で公開された最近の論文で CellReports物理科学、彼らはどのように示した 溶融塩溶液を凍結融解すると、充電式バッテリーが作成されます 一度に数週間から数ヶ月間、安価で効率的にエネルギーを蓄えることができます。 このような機能は、米国のグリッドを温室効果ガスを放出する化石燃料から再生可能エネルギーにシフトするために不可欠です。 ジョー・バイデン大統領は、2030年までに米国の炭素排出量を半分に削減することを目標にしています。これには、風力、太陽光、その他のクリーンなエネルギー源の大幅な増強と、それらが生成するエネルギーの貯蔵方法が必要になります。

ほとんどの従来のバッテリーは、化学反応が起こるのを待っているときにエネルギーを蓄えます。 バッテリーが外部回路に接続されると、電子はバッテリーの一方の側からもう一方の側にその回路を通って移動し、電気を生成します。 変化を補償するために、イオンと呼​​ばれる荷電粒子は、バッテリーの両側を分離する流体、ペースト、または固体材料を通って移動します。 しかし、バッテリーを使用していないときでも、イオンは電解質と呼ばれるこの材料全体に徐々に拡散します。 それが数週間または数ヶ月にわたって起こるように、バッテリーはエネルギーを失います。 一部の充電式バッテリーは、1か月で保存された電荷のほぼ3分の1を失う可能性があります。

「私たちのバッテリーでは、この自己放電状態を本当に止めようとしました」と、プロジェクトを率いたPNNLの研究者GuoshengLi氏は言います。 電解質は、周囲温度では固体であるが、摂氏180度（クッキーが焼かれる温度程度）に加熱されると液体になる塩溶液でできています。 電解液が固体の場合、イオンは所定の位置に固定され、自己放電を防ぎます。 電解液が液化した場合にのみ、イオンがバッテリーを流れ、充電または放電できるようになります。

加熱と冷却の繰り返しサイクルに耐えることができるバッテリーを作成することは、簡単なことではありません。 温度の変動によりバッテリーが膨張および収縮するため、研究者はこれらの変化に耐えることができる弾力性のある材料を特定する必要がありました。 「これまでに見たのは、その熱サイクルを経験する必要がないことを確認するための多くの活発な研究です」と、PNNLのエネルギー貯蔵の戦略アドバイザーであり、新しい論文の共著者であるVinceSprenkleは述べています。 「私たちは、 『私たちはそれを乗り越え、生き残り、それを重要な機能として使用できるようになりたい』と言っています。」

その結果、長期間エネルギーを蓄えることができる比較的安価な材料で作られた充電式バッテリーが生まれました。 「これは、有望な長期エネルギー貯蔵技術の優れた例です」と、この研究に関与しなかった電力業界協会GridWiseAllianceのポリシーディレクターであるAuroraEdington氏は述べています。 「私たちはそれらの努力を支援し、それらをどこまで商業化できるかを見極める必要があると思います。」

この技術は、アラスカのように、ほぼ一定の夏の日光が比較的低いエネルギー使用率と一致する場所で特に役立つ可能性があります。 何ヶ月もエネルギーを蓄えることができるバッテリーは、豊富な夏の太陽光発電が冬の電力需要を満たすことを可能にする可能性があります。 「凍結融解バッテリーの魅力は、季節ごとのシフト機能です」と、州内の気候技術の展開を加速するために活動している非営利団体LaunchAlaskaの最高イノベーション責任者であるRobRoys氏は述べています。 ロイスは、彼の州の遠隔地でPNNLバッテリーを操縦することを望んでいます。

特に寒い場所では、バッテリーの加熱が難しい場合があります。 穏やかな条件下でさえ、加熱プロセスはバッテリーの容量の約10から15パーセントに相当するエネルギーを必要とします、とLiは言います。 プロジェクトの後半では、温度要件を下げ、バッテリー自体に暖房システムを組み込む方法を検討します。 このような機能は、ユーザーのバッテリーを簡素化し、家庭や小規模の使用に適したものにする可能性があります。

現在、実験技術は実用規模および産業用途を対象としています。 Sprenkleは、風力発電所やソーラーアレイの隣に駐車された、大容量のバッテリーを内蔵したトラクタートレーラートラックのコンテナのようなものを想定しています。 バッテリーは現場で充電され、冷却されて変電所と呼ばれる施設に送られ、そこでエネルギーは必要に応じて電力線を介して分配されます。

PNNLチームはこの技術の開発を継続する予定ですが、最終的には、商用製品を開発するのは業界次第です。 「DOEでの私たちの仕事は、本当に新しいテクノロジーのリスクを軽減することです」とSprenkle氏は言います。 「業界は、それが十分に危険にさらされていると考えるかどうかを決定し、それを引き受けて実行します。」

DOEは、初期の研究デモンストレーションとエネルギー技術の商業化の間に通常発生するラグを縮小するために取り組んでいます。 たとえば、科学者は1970年代にリチウムイオン電池の開発を開始しましたが、電池は1991年頃まで消費者製品に使用されず、2000年代後半まで送電網に組み込まれませんでした。 人工知能と機械学習は、新技術の検証とテストのプロセスを促進するのに役立つ可能性があり、研究者はデータを収集するのに10年を必要とせずに、10年のバッテリー性能をモデル化して予測することができます。

脱炭素化の目標を達成するのに十分な速さで採用が行われるかどうかは不明です。 「私たちが本当に2030年と2035年の脱炭素化の目標を達成しようとしているのであれば、これらすべての技術を約5倍に加速する必要があります」とSprenkle氏は言います。 「あなたは、実際に本当に影響を与えるために、オンラインになり、検証され、今後4〜5年以内に引き渡す準備ができている必要がある開発を見ています。」

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