在太平洋西北地区的春天，融化的雪水从河流中奔流而下，风也经常猛烈地吹。这些力量推动该地区众多的动力涡轮机运转，并在气温温和、能源需求相对较低的时候产生大量的电力。但是，由于电池无法长时间存储这些季节性剩余电力（这些电力可以在夏季为空调供电），因此大部分电力都流失了。
太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究人员正在开发一种可能解决这个问题的电池，PNNL是位于华盛顿州里奇兰的国家能源部国家实验室。在最近发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一篇论文中，他们展示了冻结和解冻熔盐溶液如何创造一种可充电电池，这种电池可以廉价而高效地存储数周或数月的能量。这种能力对于将美国电网从释放温室气体的化石燃料转向可再生能源至关重要。美国总统乔·拜登已将到2030年将美国碳排放量减半作为目标，这将需要大幅增加风能、太阳能和其他清洁能源，以及存储这些能源的方法。
大多数传统电池将能量存储为等待发生的化学反应。当电池连接到外部电路时，电子通过该电路从电池的一侧移动到另一侧，从而产生电力。为了补偿这种变化，带电粒子（称为离子）会穿过电池两侧之间的液体、糊状物或固体材料。但是，即使电池未在使用中，离子也会逐渐扩散穿过这种被称为电解质的材料。随着这种情况在数周或数月内发生，电池会损失能量。一些可充电电池在一个月内可能会损失近三分之一的存储电量。
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PNNL研究员郭胜力（音译）说：“在我们的电池中，我们真的试图阻止这种自放电的情况。”他是该项目的负责人。电解质由盐溶液制成，该溶液在环境温度下为固态，但在加热到180摄氏度（约等于烘烤饼干的温度）时变为液态。当电解质为固态时，离子被锁定在原位，从而防止自放电。只有当电解质液化时，离子才能在电池中流动，从而使其充电或放电。
制造一种能够承受反复加热和冷却循环的电池绝非易事。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。PNNL能源存储战略顾问、新论文的合著者文斯·斯普伦克尔说：“我们之前看到的是大量的积极研究，以确保您不必经历热循环。” “我们说，‘我们想要经历它，并且我们希望能够生存下来并将其用作关键功能。’”
结果是一种由相对廉价的材料制成的可充电电池，可以长时间存储能量。电力行业协会GridWise Alliance的政策主管奥罗拉·埃丁顿说：“这是长期储能技术的一个很有希望的例子。”她没有参与这项研究。“我认为我们需要支持这些努力，看看我们能将它们推进到商业化到什么程度。”
这项技术在阿拉斯加这样的地方可能特别有用，那里近乎恒定的夏季阳光与相对较低的能源使用率同时发生。一种可以存储数月能量的电池可以让充足的夏季太阳能满足冬季的电力需求。非营利组织Launch Alaska的首席创新官罗布·罗伊斯说：“冻融电池如此吸引人的地方在于其季节性转移能力。”该组织致力于加速气候技术在该州的部署。罗伊斯希望在他的州偏远地区试用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，加热过程也需要相当于电池容量约10%到15%的能量。该项目后期的阶段将探索降低温度要求并将加热系统整合到电池本身的方法。这种功能将简化用户对电池的使用，并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公用事业规模和工业用途。斯普伦克尔设想了类似拖车卡车集装箱的东西，里面装有大型电池，停放在风力发电场或太阳能电池阵列旁边。电池将在现场充电，冷却后运到称为变电站的设施，在那里能量可以根据需要通过电力线分配。
PNNL团队计划继续开发这项技术，但最终将由行业来开发商业产品。斯普伦克尔说：“我们在能源部的职责实际上是降低新技术的风险。” “行业将决定他们是否认为风险已经降低到足够程度，他们将接受并运行它。”
能源部正在努力缩短从最初的研究演示到能源技术商业化之间通常发生的滞后时间。例如，尽管科学家在1970年代就开始开发锂离子电池，但这些电池直到1991年左右才最终进入消费产品，直到2000年代后期才被纳入电网。斯普伦克尔说，人工智能和机器学习可能有助于加快新技术验证和测试过程，使研究人员能够模拟和预测电池十年的性能，而无需花费10年时间来收集数据。
采用是否能足够快地实现脱碳目标尚不清楚。斯普伦克尔说：“如果我们真的试图实现2030年、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。” “您正在关注需要在未来四到五年内上线、经过验证并准备好移交的开发项目，才能真正产生影响。”