溶融塩電池はシーズン全体でエネルギーを凍結
研究者達は数ヶ月間電気を蓄える低コストの凍結融解電池を実証
Molten-Salt Battery Freezes Energy Over a Whole Season
By Payal Dhar
https://spectrum.ieee.org/ 2022.04.15
電力網の脱炭素化への圧力が高まるにつれて、再生可能エネルギーから発電された電力、特に風力や太陽光などの不連続な可用性を持つ電源の長期貯蔵オプションの必要性も高まっている。充電式電池は消費者レベルでの使用に最適な解決策であるが、配電網規模の考慮事項には実用的ではない。科学者達は重力エネルギー貯蔵、熱または地熱貯蔵、および溶融塩電池の解決策を探してきた。
太平洋北西部国立研究所(PNNL)の最近の研究では、必要になるまで数ヶ月間充電を「凍結」できる溶融塩電池を調べている。彼等の概念実証では、研究者達は電池が3ヶ月間にわたってその容量の92％を保持したと報告した。「現時点では、いくつかのテストケースが6ヶ月間進行中である。」とこの研究の筆頭著者であるMinyuan “Miller” Liは述べている｡彼はその期間に電池が充電量の80％以上を保持することを期待している。
溶融塩電池はその名が示すように、室温で凍結する液体の溶融塩電解質を使用し、電池を不活性状態で保存することができる。活性化されると、陽極、陰極、および電解質が分離し、溶融塩電解質はイオン交換のための高導電性媒体として機能する。
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その自己放電メカニズムを本当にフリーズさせることができれば、これらの電池システムは何年もの間どこかに座っているだろうか…「必要な時に」容易に入手できる手段で加熱する。 － Vincent L. Sprenkle 太平洋北西部国立研究所
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電池は未使用時に放電するため、通常、季節的または長期間の保管には信頼性が低くなる。しかし、PNNLチームのデモンストレーションでは、溶融塩の凍結融解メカニズムがその問題を回避できる。彼等は陽極の材料としてニッケルとアルミニウムを、陰極の材料は溶融塩電解質として四塩化アルミニウム・ナトリウム(NaAlCl4)をそれぞれ使用した。全ては比較的安価で地球に豊富な材料である。この電解質の融点は約157℃で、室温の広いスペクトルにわたって固体のままである。
「再生可能エネルギーが豊富なときにこれらの電池を充電したい。」と主任研究員のGuosheng Liは説明し、「その後、電池を周囲温度に保ち、それが凍結する…そして、長期保管のために自己放電を遮断する。電池を使用する時が来たら、彼はそれを加熱するいくつかの異なる方法がある、と彼は続ける。例えば、「廃熱を使ったり、…最初に電池の一部を作動させ、その電気を使って自己発熱させる。
彼等の概念を実証するために、彼等は比較的小さな、ホッケーパック・サイズの電池を構築した。しかし、Liは、材料の調達が容易であることを考えると、実用化のためにスケールアップすることに何の障害も見ていない。それでも「(これらは)恐らく最良の材料ではないと分かっているので、次の目標はニッケルを低コストの材料に置き換えることである。」と彼は言う。
鉄は、彼等が検討している選択肢の1つであり、電解質の他の選択肢も検討している。NaAlCl4の現在の融点157℃は研究者達が望んでいるよりも高い。「将来の研究のために、我々は低コストの材料と比較的低い動作温度を目標としているが、それでも周囲温度を超えている。」とLiは言う。「電解液を周囲温度で凍結したい。したがって、約70℃または80℃(凝固点)が理想的であり、(研究のように)電池を180℃に加熱する必要はないことを意味する。
潜在的な用途に関しては、別の共著者であるVincent L. Sprenkleは、動作温度が低いほど、より良い状態になると付け加える。「我々が思い描く潜在的な用途の1つは重要なインフラストラクチャーの回復性である。」と彼は言う。「その自己放電メカニズムを本当にフリーズさせることができれば、これらの電池システムは何年もの間どこかに座っているか…(必要な時に)容易に入手できる手段で加熱する。
PNNLチームは商用用途、特に展開および運用中のシステムでの使用のために、2030年から2035年の時間枠を目標にしようとしている。つまり、長い道のりが待ち受けている。Liが指摘するように、この概念実証は、技術が可能かどうかを確認するためのものであった。「もっとエレガントな実験ができれば、温度を、おそらく室温のすぐ上まで下げることができると私は信じている。そして多くのエネルギーを節約する。
動作温度を下げ、コアを低コストの材料に置き換えることとは別に、研究者達がスケールアップするにつれてより目に見えるようになると感じる他の課題がある。Sprenkleは、重要なことは、その蓄積されたエネルギーの価値を理解することだと付け加えた。「我々の価値の大部分は、単なる回復力である…「そして」我々の回復力を正確に評価するのが難しい…したがって、より広範な政策上の問題の中には、我々のコントロールに及ばないものがあるが、それでもまだ対処する必要がある。
