新しいフローバッテリーは単糖で一年中持続します

新しいフローバッテリーは、豊富で持続可能な長期エネルギー貯蔵フォーミュラのために単糖 β-シクロデキストリンを採用しています。

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エネルギー省太平洋岸北西部国立研究所の研究者らがフロー電池の改良に着手したとき、彼らは愚かなことをしていませんでした。 彼らは一年中保存できる砂糖をベースにした解決策などを考え出しました。 この発見は、風力や太陽光発電を数週間、数カ月、あるいは季節全体にわたって捕捉することで、化石エネルギーを現状から消去できる、新しい低コストで長期間のエネルギー貯蔵システムにつながる可能性がある。

フロー電池はまだ主流になっていませんが、徐々に市場に参入しつつあります。

リチウムイオン電池は、今でも何度でも充電できるエネルギー貯蔵システムのゴールドスタンダードです。 リチウムイオン技術は、スマートフォンから電気自動車に至るまで、あらゆる種類のデバイスに適しています。 この問題は、風力や太陽光、あるいはその両方の利用可能性のねじれを解消するためにエネルギー貯蔵が必要となるグリッド規模で発生します。

その規模では、リチウムイオン電池のバンクは数時間しか持続できません。 さらにバンクを追加してカスケード効果を作成すると、タイムラインを伸ばすのに役立つ可能性があります。 ただし、これには、このような複雑なシステムの管理コストなど、法外なコストがかかります。

より多くの風力や太陽光発電が送電網に導入されるにつれて、終日実用規模のエネルギー貯蔵を提供するには、フローバッテリーが最適です。

フロー電池は、特殊な液体が薄い膜で隔てられて隣接して流れるときに電流を生成する特殊な液体の能力を利用します。 液体は必要になるまでタンクに保管されます。つまり、フローバッテリーは必要に応じて迅速にオンまたはオフを繰り返すことができます。 スケールは主にタンクのサイズに依存するため、スケールアップしてもフローバッテリー システムの複雑さはそれほど増加しません。

今日のフロー電池の設計は、1970 年代に形になり始めた 50 年にわたる改良の過程を表しています。 当時、腐食、サイズ、重量、毒性、低エネルギー密度などが解決すべき問題の一つでした。 それにもかかわらず、科学は挑戦を好みます。

NASA はこの運動の最前線にありました。 同庁は昨年、鉄、塩、水だけで作られた数十年前の「液体電池」が、長期持続型エネルギー貯蔵の新興企業ESSによって新たな命を吹き込まれたと指摘した。 カミンズのような伝統的なエンジニアリング会社も、新世代のフローバッテリーの開発に取り組んでいます (CleanTechnica の記事の詳細はこちらをご覧ください)。

パシフィック・ノースウェスト国立研究所の貢献は、デンプン由来の単糖であるβ-シクロデキストリンをフローバッテリー式で初めて使用したことです。

デンプンのような複雑な炭水化物とは対照的に、単糖はわずか 1 つまたは 2 つの分子で構成されています。 これらは研究室で合成できるため、他の電池用に採掘された材料に代わるより持続可能な代替品となります。

β-シクロデキストリンは単なる糖ではありません。 これは、外表面が溶解するまで他の分子を円錐内に収容できるため、製薬業界で医薬品を製造するために一般的に使用される単一の円錐形の分子です。 これにより、サプライ チェーンの知識ベースを手元に用意できるという点で、さらに別の利点が得られます。

研究者らは、β-シクロデキストリンの「結合キャビティ」のさらなる用途も発見しています。 たとえば、ノースウェスタン大学のチームは、鉱石から金を抽出するための環境に優しいプロセスを開発するためにβ-シクロデキストリンを導入しています。

PNNL チームは、フローバッテリーにさらに多くのフルオレノールを導入する簡単な方法を探していたため、β-シクロデキストリンに焦点を当てました。 フルオレノールはフルオレンのアルコール誘導体であり、PNNL 傘下の研究を含む新しいフロー電池技術で登場し始めています。

どうやら、新しい研究の背後にあるアイデアは、フルオレノールをβ-シクロデキストリン分子にカプセル化し、フローバッテリー溶液に導入すると溶解するというものでした。 これは、より多くのフルオレノールを送達するためのあまり効率的な方法ではないことが判明しましたが、かなりの量の β-シクロデキストリンが PNNL フローバッテリーに入る結果となりました。