家庭用エネルギー貯蔵がフローバッテリーに生まれ変わる

ジョージア州は、ホットな家庭用エネルギー貯蔵市場向けに新しいフロー電池を準備しています。

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家庭用エネルギー貯蔵のコストは下がり続けており、リチウムイオン電池が市場を独占している。 この傾向が続けば、家全体のバッテリーパックが冷蔵庫やその他の必需品の家電製品と同じくらい普及する日も遠くないでしょう。 それには新しいフローバッテリー技術も含まれる可能性がある。 かつては実用規模の用途に限定されていたフロー電池は、サイズもコストも下がりつつあります。

ジョージア州の主要な公立大学であるジョージア工科大学は、ホットな家庭用エネルギー貯蔵市場向けに新しいコンパクトなフロー電池を準備しています。 写真提供：ジョージア工科大学

他のすべてが同じであれば、バッテリーの価格が下がると、それが家庭用エネルギー貯蔵システムのコストに反映されます。 その「その他すべて」とは、家全体のバッテリーの総設置コストに含まれる労働力やその他のシステムバランス要素を指します。

リチウムイオンの関係者は確かにコスト削減に貢献してきました。 ブルームバーグは昨年1月、リチウムイオン電池のコストが2013年から2021年にかけてキロワット時当たり80％低下したと指摘した。

米国エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、2021年の状況を調査し、電力収支がわずかに上昇したにもかかわらず、リチウムイオン電池のコスト低下が家庭用エネルギー貯蔵システムの設置コストを押し下げ続けていると認めた。システムコスト。

NREL は、将来のコスト傾向を予測するのは難しいと指摘しています。 しかし、昨年、NRELは数値を計算し、保守的なシナリオの下でも、リチウムイオン家庭用エネルギー貯蔵は下降スパイラルの継続であると結論付けた。

フローバッテリーは家庭用エネルギー貯蔵シーンでは初めてのものですが、この技術は 20 世紀から存在しています。 基本的なアウトラインはシンプルです。 補充液の入ったタンクを 2 つ取り、注ぎ口を開けます。 膜付きシャペロンの監視の下、流体は相互作用し、その特殊な化学反応を展開して電荷を生成します。 研究者らは膜を使わないフロー電池にも取り組んでいるが、それはまだ先の話だ（私たちの完全な報道はここにある）。

従来のリチウムイオン電池と比較して、フロー電池にはいくつかの重要な利点があります。 「フローバッテリーは、従来のバッテリーのように劣化することなく再充電できます。また、誰かが電気を必要とするまで、2つの液体をそれぞれのタンクに無期限に保管できるため、長期間にわたるエネルギー貯蔵も可能です」とクリーンテクニカは2020年に述べた。

安全率も関係します。 フローバッテリーの特定の化学的性質に応じて、流体には無毒で地球に豊富に存在する不燃性の材料を使用できます。 このことが米国国防総省の注目を集め、ロッキード・マーチン社にコロラド州のフォート・カーソンにフロー電池を設置するよう依頼した。

電気自動車の関係者も、安全性と性能の向上の両方を目的としたフローバッテリー技術に注目しています。

フローバッテリー電気自動車のアイデアは、最近まで、この技術が事業規模のシナリオやその他の超大規模な用途に最適であることもあり、あまり知られていませんでした。 10 年ほどにわたる研究開発作業により、フロー電池のサイズは大幅に縮小されました。

住宅用にスケール化されたフロー電池はすでに市場に出ています。 今、問題になっているのは価格です。 家全体で使用するフロー電池とリチウムイオン電池のコストは、現在、新しい HVAC システムを追加するコストと同等か、それ以上です。 長期的に光熱費を節約できたとしても、その初期費用のせいで多くの住宅所有者は手が届かなくなる可能性があります。

オンラインの太陽光発電市場 Energy Sage は、屋上太陽光発電を備えた家全体のエネルギー貯蔵システムのコストを見積もるための、使いやすい郵便番号検索ツールを提供しています。 安くないですよ。

壊滅的な気候変動から地球を守るという観点から見ると、家庭用エネルギー貯蔵コストが大幅に低下すれば、より多くの住宅所有者が風力発電や太陽光発電の開発の加速を支援できるようになるでしょう。

そこで、ジョージア工科大学の新しいフロー電池が登場します。ジョージア工科大学のニアン・リウ助教授の研究室を拠点とする研究チームは、フロー電池セルのサイズを 75 パーセントという驚異的なサイズに縮小する新しい構成に取り組んでいます。 % となり、それに応じてコストも削減されます。

チームは、前世代のフローバッテリー技術者が答えてきた数十年前のかさばる平面セルの設計を廃止することで、75% の基準を達成しました。

「…市販のフロー電池は、依然として数十年前に開発されたセル構成に基づいています。平面構成は、高性能を実現するための大きなコンポーネントを備えた大きなセルサイズを示し、その結果、体積電力密度が低く、設置面積が大きく、資本コストが高くなります」と研究チームは以前に説明しました。彼らの研究結果を米国科学アカデミー紀要に報告するという方法で。

ジョージア工科大学のチームは、平面構成を使用する代わりに、ナノスケールのチューブの束を含む新しいアーキテクチャに焦点を当てました。 このチューブ構成は、サブミリメートル束状微小管 (SBMT) 膜という名前で化学分離プロセスで一般的に使用されます。

「このイノベーションは、追加のサポートインフラストラクチャを必要とせずに、イオンが通過する膜の圧力を軽減できる省スペース設計です」とジョージア工科大学のウェブサイトは説明しています。

すべての詳細は、PNAS から「超高体積出力密度を備えたサブミリメートルバンドル微小管フローバッテリーセル」というタイトルで入手できます。その中で著者らは、ヨウ化亜鉛の化学を使用して新しい SBMT セル設計を実証したと説明しています。

「当社のSBMTセルは、平均充電および放電電力密度がそれぞれ<60 W/Lセルおよび45 W/Lセルであるのと比較して、ピーク充電および放電電力密度がそれぞれ1,322 W/Lセルおよび306.1 W/Lセルであることを示しています。」従来の平面型フローバッテリーセル」と研究チームは報告しており、W/L はフローセルの体積出力密度を指します。

研究チームはまた、新しいセルが臭化亜鉛、臭化キノン、バナジウムなどの他のフロー電池の化学的性質と互換性があることも実証しました。

次のステップには、ジョージア工科大学の社内 1.4 メガワット マイクログリッドでのテストと商業化を見据えた中空糸モジュール製造の自動化プロセスへの移行が含まれます。

すべてが計画通りに進めば、新しいフローバッテリーやその他の家庭用エネルギー貯蔵技術は、ジョージア工科大学の戦略的エネルギー研究所のエネルギー・政策・イノベーションセンター部門の注目を集めるだろう。 EPICenter は、分散型エネルギー リソースの計画ツールとして機能する、ジョージア エナジーシェッドを開発するエネルギー省の資金提供による取り組みを主導する任務を負っています。 これには、発電と配電だけでなく、エネルギー貯蔵も含まれます。

そのアイデアは、水資源の流域モデルを適用し、集中型発電所を避けて地域社会に利益をもたらすソリューションを優先する、電化への現代的なアプローチを開発することです。

ジョージア工科大学は全米トップクラスの公立大学の 1 つであるため、Energyshed プロジェクトは順調に進んでいます。 さらに、ジョージア州経済開発省は、同州を電動化イノベーションの中心地として熱心に推進しています。

一部の有力公務員による反ESGの不平不満にもかかわらず、ジョージア州は脱炭素化の限界を推進するために多大な公的資源を投入し続けており、これは全国的な影響だけでなく自国の経済的利益にもつながる。 一方の手はもう一方の手で何をしているのか知っていますか？ 知るか！ それについてご意見がございましたら、コメント スレッドにご記入ください。

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写真: 開発中の新しいフロー電池セル、ジョージア工科大学提供。

ティナは、軍事および企業の持続可能性、先端技術、新興材料、バイオ燃料、水および廃水問題を専門としています。 表明された見解は彼女自身のものです。 Twitter @TinaMCasey と Spoutible で彼女をフォローしてください。

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