Technologies

A Step Towards Seasonal Storage: “Freeze-Thaw Battery” Can Freeze Its Energy for Later Use

lutra 28 April 2022
PNNL Long Duration Grid Battery

A long-duration grid battery could be charged with renewable energy, then discharge that energy when needed months later. Credit: Animation by Sara Levine | Pacific Northwest National Laboratory

Molten-salt battery marks step toward seasonal storage of grid-scale energy

Scientists have developed a battery designed for the electric grid that can store energy for months without losing much storage capacity.

The creation of the “freeze-thaw battery,” which freezes its energy for later use, is a step toward batteries that may be used for seasonal storage: saving energy in one season, such as spring, and using it in another, such as fall.

The prototype is small, roughly the size of a hockey puck. However, the science behind the device has enormous promise, foreshadowing a day when energy from intermittent sources, such as sunlight and wind, can be stored for extended periods of time. The study by scientists at the Department of Energy’s Pacific Northwest National Laboratory was published online on March 23, 2022, in the journal Cell Reports Physical Science.

“Longer-duration energy storage technologies are important for increasing the resilience of the grid when incorporating a large amount of renewable energy,” said Imre Gyuk, director of Energy Storage at DOE’s Office of Electricity, which funded the work. “This research marks an important step toward a seasonal battery storage solution that overcomes the self-discharge limitations of today’s battery technologies.”

Harnessing and packaging nature’s energy

Renewable sources ebb and flow with nature’s cycles. That makes it difficult to include them in a reliable, steady stream of electricity. In the Pacific Northwest in the spring, for instance, rivers heavy with runoff power hydroelectric dams to the max just as winds blow fiercely down the Columbia Gorge. All that power must be harnessed immediately or stored for a few days at most.

Grid operators would love to harness that springtime energy, store it in large batteries, then release it late in the year when the region’s winds are slow, the rivers are low, and demand for electricity peaks.

The batteries would also enhance utilities’ ability to weather a power outage during severe storms, making large amounts of energy available to be fed into the grid after a hurricane, a wildfire or other calamity.

“It’s a lot like growing food in your garden in the spring, putting the extra in a container in your freezer, and then thawing it out for dinner in the winter,” said first author Minyuan “Miller” Li.

The battery is first charged by heating it up to 180 degrees

The freeze-thaw phenomenon is possible because the battery’s electrolyte is molten salt—a molecular cousin of ordinary table salt. The material is liquid at higher temperatures but solid at room temperature.

The freeze-thaw concept dodges a problem familiar to anyone who has let their car sit unused for too long: a battery that self-discharges as it sits idle. A fast discharge rate, like that of batteries in most cars or laptops, would hamper a grid battery designed to store energy for months. Notably, the PNNL freeze-thaw battery has retained 92 percent of its capacity over 12 weeks.

In other words, the energy doesn’t degrade much; it’s preserved, just like food in a freezer.

Rushing Water PNNL

Rushing water can be a powerful, perhaps long-lasting, source of renewable energy. Credit: Photo by RomGams | Shutterstock.com

Ordinary ingredients a plus

The team avoided rare, expensive and highly reactive materials. Instead, the aluminum-nickel molten-salt battery is chock full of Earth-abundant, common materials. The anode and cathode are solid plates of aluminum and nickel, respectively. They’re immersed in a sea of molten-salt electrolyte that is solid at room temperature but flows as a liquid when heated. The team added sulfur—another common, low-cost element—to the electrolyte to enhance the battery’s energy capacity.

One of the biggest advantages of the battery is the composition of a component, called a separator, placed between the anode and the cathode. Most higher-temperature molten-salt batteries require a ceramic separator, which can be more expensive to make and susceptible to breakage during the freeze-thaw cycle. The PNNL battery uses simple fiberglass, possible because of the battery’s stable chemistry. This cuts costs and makes the battery sturdier when undergoing freeze-thaw cycles.

“Reducing battery costs is critical. That is why we’ve chosen common, less-expensive materials to work with, and why we focused on removing the ceramic separator,” said corresponding author Guosheng Li, who led the study.

Grid Storage Launchpad PNNL

The Grid Storage Launchpad, where scientists will develop and test grid-scale energy storage technologies. Credit: Architectural rendering by Pacific Northwest National Laboratory

The battery’s energy is stored at a materials cost of about $23 per kilowatt-hour, measured before a recent jump in the cost of nickel. The team is exploring the use of iron, which is less expensive, in hopes of bringing the materials cost down to around $6 per kilowatt-hour, roughly 15 times less than the materials cost of today’s lithium-ion batteries.

The battery’s theoretical energy density is 260 watt-hours per kilogram—higher than today’s lead-

Battelle, which operates PNNL, has filed for a patent on the technology. More information is available here.

Other authors of the paper include PNNL researchers Evgueni Polikarpov, Nathan Canfield, Mark Engelhard, J. Mark Weller and David Reed, and former PNNL scientist Xiaowen Zhan.

Reference: “A freeze-thaw molten salt battery for seasonal storage” by Minyuan M. Li, Xiaowen Zhan, Evgueni Polikarpov, Nathan L. Canfield, Mark H. Engelhard, J. Mark Weller, David M. Reed, Vincent L. Sprenkle and Guosheng Li, 23 March 2022, Cell Reports Physical Science.DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100821

Source: SciTechDaily

34 Replies to “A Step Towards Seasonal Storage: “Freeze-Thaw Battery” Can Freeze Its Energy for Later Use”

  2. инвитро кисловодск цены азимут вальсет роза
    алекс отель на нарвской спб роза хутор голден тулип калуга плаза
    отель платан южный краснодар официальный сайт парк отель цены стелла ставрополь

  3. гостиница искра туры в абхазию 2021 все включено
    спа отели кисловодска отдых в башкирии на новогодние каникулы 2022 санаторий анапа фото
    отель аквамарин пляхо официальный сайт санаторий гурзуфский удп рф официальный сайт санатории подмосковья с бассейном и шведским

  4. санаторий надежда тольятти официальный евпатория отель империя
    отель нико витязево анапа селена официальный сайт ла ода
    савита николаевка крым официальный сайт ялта санаторий белоруссия гостиница дружба дзержинск

  5. аврора мо рф санатории с лечением в краснодарском крае
    дом отдыха в кисловодске без лечения дом отдыха удп рф гостиница пудож
    черноморец санаторий крым анапа отдых с детьми все включено санатории для лечения кожных заболеваний в россии

  6. санаторий парус туапсе атлант адлер официальный сайт
    старая русса отели гостиницы цены санаторий им калинина в ессентуках гостиницы в северодвинске и цены
    санатории в спб и ленинградской области цены мотель 205 км колыхманово санаторий мвд сокол

  7. алеан резорт анапа лазурный берег гагра абхазия
    санаторно курортное объединение адлеркурорт гостиница премьера санкт петербург мил ру официальный сайт санатории
    бич резорт адлер гренада отель россия москва проспект мира 150

  8. город анапа санаторий анапа алиса гостиница барнаул
    тюмень спа отель букинг самшитовая роща гостиницы шимановск
    компонент дом отдыха гостиницы соликамска восстановление после инсульта санаторий подмосковье

  9. богородская гостиница москва москва гостиница металлург цены
    санаторий москва в кисловодске с ольгинка отель милена кингисепп
    путевки в санатории белоруссии курорт под ялтой маг отель витязево

  10. сочи санаторий белоруссия вакансии эко курорт марьин остров горный алтай
    аква лоо пансионат достоевский хостел гостиница зеленый мыс алупка
    золотой лев феодосия вилла валентина алушта официальный сайт медцентр фламинго мурманск официальный сайт

  11. гостиница хлоя витязево гостиница александрия петергоф
    отдых семейный отель кастелло дельфинарий в геленджике
    art отель москва гостиница холидей инн москва сокольники санатории в средней полосе россии

  12. туры в крым на нг санаторий в сочи все включено
    пансионат химик официальный сайт гостиница версаль белогорск солдайя гранд отель крым
    санаторий мвд судак крым партенит парк айвазовского цена гостиница юг раевский

  13. санаторий истра прокуратуры рф официальный зона комфорта пермь гостиница
    отель сан ремо сочи официальный сайт аква плаза волгодонск официальный отели на фонтанке в санкт петербурге
    гостиница ростов адлер дельфинарий витязево анапа отель маркиз краснодар

  14. отель новосибирск цена лагерь для похудения в россии
    горный воздух отзывы крым алушта все включено пансионаты для дементных больных сочи
    курсовка в санаторий надежда анапа санатории под питером на берегу залива жд вокзал магадан

  15. ногинск хостел айпетри крым канатная дорога
    радон купить марфинский военный санаторий великий новгород гостиница россия
    манго отель новокузнецк горячий тур в крым из москвы абаата абхазия гагра

  16. сок белокуриха официальный сайт туристический комплекс ялта круглый год
    санаторий дорохово московская область отзывы отель грейс сочи цена на новый год пансионат ржд в сочи
    гостиницы нижняя тура гостиница сибирь джемете гостиница центральная магадан официальный сайт

  34. Não acho que o título do seu artigo corresponda ao conteúdo lol. Brincadeira, principalmente porque fiquei com algumas dúvidas depois de ler o artigo.

Comments are closed.