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Jun 03, 2023

充電式溶融塩電池はエネルギーを長時間その場に凍結させます

この技術により、より多くの再生可能エネルギーが送電網に導入される可能性がある 太平洋岸北西部では春になると、雪解け水が川を流れ落ち、しばしば強い風が吹く。 これらの力

この技術により、より多くの再生可能エネルギーが電力網に導入される可能性がある

太平洋岸北西部では春になると、雪解け水が川を流れ落ち、強い風が吹くこともよくあります。 これらの力により、この地域の多くの発電タービンが回転し、気温が穏やかでエネルギー需要が比較的低いときに豊富な電力が生成されます。 しかし、この季節の余剰電力（夏にはエアコンに電力を供給する可能性がある）の多くは、バッテリーが十分な期間貯蔵できないため失われます。

ワシントン州リッチランドにあるエネルギー省の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）の研究者たちは、この問題を解決する可能性のある電池を開発している。 Cell Reports Physical Science に掲載された最近の論文では、溶融塩溶液を凍結および解凍することで、一度に数週間または数か月にわたってエネルギーを安価かつ効率的に蓄えることができる充電式バッテリーがどのように生成されるかを実証しました。 このような機能は、米国の送電網を温室効果ガスを排出する化石燃料から再生可能エネルギーへと移行させる上で極めて重要です。 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掲げており、そのためには風力、太陽光、その他のクリーンエネルギー源と、それらが生成するエネルギーを貯蔵する方法の大幅な増強が必要となる。

従来のバッテリーのほとんどは、化学反応が起こるのを待って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、電子がその回路を通ってバッテリーの一方の側からもう一方の側に移動し、電気が発生します。 この変化を補償するために、イオンと呼​​ばれる荷電粒子が、バッテリーの両側を隔てる液体、ペースト、または固体材料の中を移動します。 しかし、バッテリーが使用されていないときでも、イオンは電解質と呼ばれるこの物質全体に徐々に拡散します。 それが数週間または数か月にわたって続くと、バッテリーのエネルギーが失われます。 一部の充電式バッテリーでは、1 か月で蓄電量の 3 分の 1 近くが失われることがあります。

「私たちのバッテリーでは、この自己放電の状態を阻止しようと真剣に取り組みました」とプロジェクトを主導した PNNL 研究者の Guosheng Li 氏は言います。 電解質は食塩水でできており、周囲温度では固体ですが、クッキーが焼ける温度程度の摂氏 180 度に加熱すると液体になります。 電解質が固体の場合、イオンは所定の位置にロックされ、自己放電が防止されます。 電解質が液化した場合にのみ、イオンがバッテリー内を流れ、充電または放電が可能になります。

繰り返しの加熱と冷却のサイクルに耐えられるバッテリーを作成するのは簡単な作業ではありません。 温度の変動によりバッテリーが膨張したり収縮したりするため、研究者らはこれらの変化に耐えられる弾力性のある材料を特定する必要がありました。 「私たちがこれまで見てきたのは、熱サイクルを経験する必要がないように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ビンス・スプレンクル氏は言う。 「私たちは『この困難を乗り越えたい、そして生き残ってそれを重要な機能として活用したい』と言っています。」

その結果、比較的安価な材料で作られ、長期間エネルギーを蓄えることができる充電式バッテリーが誕生しました。 「これは、将来有望な長期エネルギー貯蔵技術の素晴らしい例です」と、この研究には関与していない電力業界団体グリッドワイズ・アライアンスの政策ディレクター、オーロラ・エディントンは言う。 「私たちはこうした取り組みを支援し、どこまで商業化できるか見極める必要があると思います。」

この技術は、夏の日差しがほぼ一定でエネルギー使用率が比較的低いアラスカのような場所で特に役立つ可能性がある。 数カ月間エネルギーを蓄えることができるバッテリーがあれば、夏の豊富な太陽光発電で冬の電力需要を満たすことができる可能性がある。 「凍結融解バッテリーの非常に魅力的なのは、その季節変動機能です」と、州内での気候変動技術の導入を加速するために活動する非営利団体、ローンチ・アラスカの最高イノベーション責任者、ロブ・ロイス氏は言う。 ロイズ氏は、自分の州の遠隔地でPNNLバッテリーを試験運用したいと考えている。