在太平洋西北部的春天，融雪的融水冲下河流，风经常猛烈地吹着。这些力量推动了该地区的许多电力涡轮机，在气温温和、能源需求相对较低的时候产生了大量电力。但是，由于电池无法储存足够长的时间，这些季节性剩余的电力——夏天可以为空调供电——大部分都损失了。
西北太平洋国家实验室(PNNL)是位于华盛顿州里奇兰的能源部国家实验室。他们正在开发一种电池，可能会解决这个问题。在最近发表在《细胞报告物理科学》(Cell Reports Physical Science)上的一篇论文中，他们演示了如何通过冻结和解冻熔盐溶液来制造一种可充电电池，这种电池一次可以廉价有效地储存能量数周或数月。这种能力对于将美国电网从排放温室气体的化石燃料转向可再生能源至关重要。乔·拜登(Joe Biden)总统已将到2030年将美国碳排放量减少一半定为目标，这将需要大力发展风能、太阳能和其他清洁能源，以及储存这些能源的方法。
大多数传统电池以化学反应的形式储存能量。当电池连接到外部电路时，电子通过电路从电池的一侧移动到另一侧，从而产生电能。为了补偿这种变化，一种叫做离子的带电粒子在分离电池两侧的液体、浆料或固体材料中移动。但即使电池不使用，离子也会逐渐扩散到这种被称为电解质的材料上。当这种情况持续数周或数月时，电池就会失去能量。一些可充电电池在一个月内就会损失近三分之一的电量。
“在我们的电池中，我们真的试图阻止这种自放电的情况，”领导该项目的PNNL研究员李国胜说。这种电解质由盐溶液组成，在常温下是固体，但加热到180摄氏度(大约是烤饼干的温度)时就变成液体。当电解质是固体时，离子被锁在原地，防止自放电。只有当电解液液化时，离子才能流过电池，使其充电或放电。
制造一种能够承受反复加热和冷却循环的电池并非易事。温度波动会导致电池膨胀和收缩，研究人员必须找到能够承受这些变化的弹性材料。“我们之前看到的是大量积极的研究，以确保你不必经历这种热循环，”PNNL能源存储战略顾问、这篇新论文的合著者文斯·斯普伦克尔(Vince Sprenkle)说。“我们说的是，‘我们想要度过难关，我们希望能够生存下来，并将其作为一个关键功能。’”
其结果是由相对便宜的材料制成的可充电电池，可以长时间储存能量。“这是一个很有前途的长期储能技术的很好的例子，”电力行业协会GridWise联盟的政策主管Aurora Edington说，他没有参与这项研究。“我认为我们需要支持这些努力，看看我们能把它们商业化到什么程度。”
这项技术在阿拉斯加这样的地方尤其有用，因为这里夏季阳光几乎不间断，而能源使用率相对较低。一种可以储存数月能量的电池可以让夏季充足的太阳能满足冬季的电力需求。“冻融电池最吸引人的地方在于它的季节性转换能力，”非营利组织Launch Alaska的首席创新官罗布·罗伊斯(Rob Roys)说，该组织致力于加速在该州部署气候技术。罗伊斯希望在他所在州的偏远地区试用PNNL电池。
加热电池可能是一个挑战，尤其是在寒冷的地方。李说，即使在温和的条件下，加热过程所需的能量也相当于电池容量的10%到15%。该项目的后期阶段将探索降低温度要求的方法，并将加热系统纳入电池本身。这样的功能将简化用户的电池，并有可能使其适合家庭或小规模使用。
目前，这项实验性技术的目标是实现公用事业规模和工业用途。Sprenkle设想了一种类似于拖拉机拖车集装箱的东西，里面装有大量的电池，停在风力发电场或太阳能电池阵列旁边。电池将在现场充电，冷却后被送到称为变电站的设施，在那里，能量可以根据需要通过电线分配。
PNNL团队计划继续开发这项技术，但最终将由工业界开发出商业产品。斯普伦克尔说:“我们在能源部的工作就是消除新技术的风险。”“行业将做出决定，他们是否认为已经充分降低了风险，他们将接受这一点，并继续下去。”
能源部正在努力缩短最初的研究演示和能源技术商业化之间通常存在的滞后。例如，尽管科学家们在20世纪70年代就开始开发锂离子电池，但直到1991年左右，这种电池才被用于消费产品，直到21世纪末才被纳入电网。Sprenkle说，人工智能和机器学习可能有助于加快新技术的验证和测试过程，使研究人员能够建模和预测10年的电池性能，而不需要10年的时间来收集数据。
目前尚不清楚采用这种技术的速度是否足以达到脱碳目标。斯普伦克尔说:“如果我们真的想实现2030年或2035年的脱碳目标，所有这些技术都需要加快大约五倍的速度。”“你看到的是需要在未来四到五年内上线、验证并准备交付的开发项目，以便真正产生影响。”
