在太平洋西北地區的春天，融化的雪水從河流中奔流而下，風也經常猛烈地吹。這些力量推動該地區眾多的動力渦輪機運轉，並在氣溫溫和、能源需求相對較低的時候產生大量的電力。但是，由於電池無法長時間儲存這些季節性剩餘電力（這些電力可以在夏季為空調供電），因此大部分電力都流失了。
太平洋西北國家實驗室（PNNL）的研究人員正在開發一種可能解決這個問題的電池，PNNL是位於華盛頓州里奇蘭的國家能源部國家實驗室。在最近發表在《細胞報告物理科學》雜誌上的一篇論文中，他們展示了凍結和解凍熔鹽溶液如何創造一種可充電電池，這種電池可以廉價而高效地儲存數週或數月的能量。這種能力對於將美國電網從釋放溫室氣體的化石燃料轉向可再生能源至關重要。美國總統喬·拜登已將到2030年將美國碳排放量減半作為目標，這將需要大幅增加風能、太陽能和其他清潔能源，以及儲存這些能源的方法。
大多數傳統電池將能量儲存為等待發生的化學反應。當電池連線到外部電路時，電子透過該電路從電池的一側移動到另一側，從而產生電力。為了補償這種變化，帶電粒子（稱為離子）會穿過電池兩側之間的液體、糊狀物或固體材料。但是，即使電池未在使用中，離子也會逐漸擴散穿過這種被稱為電解質的材料。隨著這種情況在數週或數月內發生，電池會損失能量。一些可充電電池在一個月內可能會損失近三分之一的儲存電量。
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PNNL研究員郭勝力（音譯）說：“在我們的電池中，我們真的試圖阻止這種自放電的情況。”他是該專案的負責人。電解質由鹽溶液製成，該溶液在環境溫度下為固態，但在加熱到180攝氏度（約等於烘烤餅乾的溫度）時變為液態。當電解質為固態時，離子被鎖定在原位，從而防止自放電。只有當電解質液化時，離子才能在電池中流動，從而使其充電或放電。
製造一種能夠承受反覆加熱和冷卻迴圈的電池絕非易事。溫度波動會導致電池膨脹和收縮，研究人員必須找到能夠承受這些變化的彈性材料。PNNL能源儲存戰略顧問、新論文的合著者文斯·斯普倫克爾說：“我們之前看到的是大量的積極研究，以確保您不必經歷熱迴圈。” “我們說，‘我們想要經歷它，並且我們希望能夠生存下來並將其用作關鍵功能。’”
結果是一種由相對廉價的材料製成的可充電電池，可以長時間儲存能量。電力行業協會GridWise Alliance的政策主管奧羅拉·埃丁頓說：“這是長期儲能技術的一個很有希望的例子。”她沒有參與這項研究。“我認為我們需要支援這些努力，看看我們能將它們推進到商業化到什麼程度。”
這項技術在阿拉斯加這樣的地方可能特別有用，那裡近乎恆定的夏季陽光與相對較低的能源使用率同時發生。一種可以儲存數月能量的電池可以讓充足的夏季太陽能滿足冬季的電力需求。非營利組織Launch Alaska的首席創新官羅布·羅伊斯說：“凍融電池如此吸引人的地方在於其季節性轉移能力。”該組織致力於加速氣候技術在該州的部署。羅伊斯希望在他的州偏遠地區試用PNNL電池。
加熱電池可能是一個挑戰，尤其是在寒冷的地方。李說，即使在溫和的條件下，加熱過程也需要相當於電池容量約10%到15%的能量。該專案後期的階段將探索降低溫度要求並將加熱系統整合到電池本身的方法。這種功能將簡化使用者對電池的使用，並可能使其適合家庭或小規模使用。
目前，這項實驗性技術的目標是公用事業規模和工業用途。斯普倫克爾設想了類似拖車卡車集裝箱的東西，裡面裝有大型電池，停放在風力發電場或太陽能電池陣列旁邊。電池將在現場充電，冷卻後運到稱為變電站的設施，在那裡能量可以根據需要透過電力線分配。
PNNL團隊計劃繼續開發這項技術，但最終將由行業來開發商業產品。斯普倫克爾說：“我們在能源部的職責實際上是降低新技術的風險。” “行業將決定他們是否認為風險已經降低到足夠程度，他們將接受並執行它。”
能源部正在努力縮短從最初的研究演示到能源技術商業化之間通常發生的滯後時間。例如，儘管科學家在1970年代就開始開發鋰離子電池，但這些電池直到1991年左右才最終進入消費產品，直到2000年代後期才被納入電網。斯普倫克爾說，人工智慧和機器學習可能有助於加快新技術驗證和測試過程，使研究人員能夠模擬和預測電池十年的效能，而無需花費10年時間來收集資料。
採用是否能足夠快地實現脫碳目標尚不清楚。斯普倫克爾說：“如果我們真的試圖實現2030年、2035年的脫碳目標，所有這些技術都需要加快大約五倍的速度。” “您正在關注需要在未來四到五年內上線、經過驗證並準備好移交的開發專案，才能真正產生影響。”