과제: 전기 생산은 미국 온실 가스 배출량의 25%를 차지하므로 화석 연료에서 풍력 및 태양열과 같은 청정 에너지원으로 전환하는 것은 기후 변화에 대처하는 데 필수적인 부분이다.

우리는 또한 운송 부문(미국 배출량의 28%)이 전기 자동차로 전환하는 것을 돕기 위해 그리드를 근본적으로 확장해야 한다.

재생 가능 전력의 평균 비용은 이제 화석 연료와 경쟁할 수 있지만 이러한 소스는 신뢰할 수 없다. 언제든지 가스를 태울 수 있지만 강제로 바람을 불거나 태양이 빛나도록 할 수는 없다. 날씨가 협조적일 때만 전기를 생산하는 전력망이 있다.

에너지 저장 시스템: 공급량이 많을 때 배터리에 여분의 재생 에너지를 저장하면 신뢰성 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다.

일부 태양열 및 풍력 발전소는 이미 EV, 노트북 및 기타 기술에 사용되는 리튬 이온 배터리 뱅크로 이 작업을 수행하고 있지만 이러한 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길지만 비싸고 불이 붙을 수 있다. 이는 재생 가능 에너지 저장 시스템으로서 이상적이지 않다.

대안: 아연 이온 배터리는 더 안정적이고 아연이 리튬보다 훨씬 저렴하고 풍부하기 때문에 매력적인 대안 중 하나이다. 문제는 수명이 그리 길지 않다는 것이다.

"[D]충전-방전 주기 동안 아연은 덴드라이트(dendrites)라고 불리는 불규칙하고 뾰족한 결정으로 성장하는 경향이 있으며 이는 배터리를 충전할 때 쉽게 단락을 일으킬 수 있다."고 워털루 대학의 화학 교수이자 아연 이온 배터리에 관한 2022년 연구의 공동 저자인 린다 나자(Linda Nazar)는 말했다.

새로운 기능: 메릴랜드 대학(UMD)의 연구원들은 "키토산"이라고 불리는 게 껍질에서 발견되는 화학 물질이 아연 이온 배터리의 전해질에 포함될 때 수상 돌기의 성장을 억제하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했다.(충전 및 방전 중에 이온 수송을 돕는 물질).

기존의 충전식 아연 이온 배터리는 최대 용량으로 며칠 또는 일주일 동안만 작동할 수 있지만, UMD 연구원 린 수(Lin Xu)는 그의 팀 배터리가 1년 후에도 여전히 70% 효율이 될 것이며 재생 가능 에너지 저장 시스템을 위한 실행 가능한 옵션이 될 것이라고 말했다.

전망: 연구를 위해 만든 키토산 배터리 UMD는 동전 크기에 불과했지만 수(Xu)는 디자인을 확장할 수 있다고 말했다. 그렇게 되면 해산물로 강화된 배터리가 언젠가는 전력망을 탈탄소화하는 데 중요한 역할을 할 수 있다.

그러나 게 껍질이나 다른 재료로 만든 아연 이온 배터리는 재생 에너지의 저장 문제에 대한 잠재적인 해결책 중 하나일 뿐이다.

다른 그룹은 에너지 저장 시스템으로서 모래, 소금, 유황 등으로 만들어진 배터리의 잠재력을 탐구하고 있으며, 이러한 기술의 조합을 통해 마침내 전기 그리드를 완전히 탈탄소화할 수 있을 것이다.

DOE 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 연구원인 아다시 나가라잔(Adarsh Nagarajan)은 재생 에너지를 전기 그리드에 통합하는 데 광범위하게 연구하고 있다고 말했다. "그들 모두는 그리드 안정성과 탄력성이라는 특정 목표를 달성하고 고객의 요구를 충족시키기 위해 협력해야 한다."