在最近的几十年里风和太阳能发电量大幅下降。这就是为什么美国能源部预计可再生能源将成为到2050年成为美国增长最快的能源来源．

然而，储存能量仍然相对昂贵。还有可再生能源的生产不是所有时间都有空它发生在刮风或阳光的时候，储存是必要的。

作为一个国家可再生能源实验室的研究员我与联邦政府和私营企业合作开发可再生能源储存技术。在最近的一次报告美国国家可再生能源研究所(NREL)的研究人员估计，提高美国可再生能源存储能力的潜力存在到2050年将达到3000%．

以下是三种可以帮助实现这一目标的新兴技术。

不再收取

从用于小型电子产品的碱性电池到用于汽车和笔记本电脑的锂离子电池，大多数人已经在日常生活的许多方面使用电池。但仍有很大的增长空间。

例如，放电时间长达10小时的高容量电池，可以在夜间储存太阳能或增加电动汽车的行驶里程。目前使用的这种电池非常少。然而,根据最近的预测到2050年，美国可能会安装价值超过1亿千瓦的这种电池。相比较而言,这是是胡佛大坝发电能力的50倍．这可能对可再生能源的可行性产生重大影响。

最大的障碍之一是锂和钴的供应有限，这两种材料目前是制造重量轻、功率大的电池的关键。根据一些人估计到2050年，世界上大约10%的锂和几乎所有的钴储量都将枯竭。

此外，世界上近70%的钴是在刚果开采的，那里的条件长期以来被记录为不人道的．

科学家们正在努力开发技术回收锂和钴电池以及根据其他材料设计电池。特斯拉计划生产无钴在未来几年内。一些志在用钠代替锂它的性质与锂非常相似，但含量要多得多。

更安全的电池

另一个当务之急是让电池更安全。需要改进的一个方面是电解质——介质，通常是液体允许电荷流动从电池的阳极或负极，到阴极或正极。

当电池在使用时，电解液中的带电粒子会四处移动，以平衡电池流出的电流的电荷。电解质通常含有易燃物质。如果泄漏，电池可能会过热，着火或熔化。

科学家们正在开发固体电解质，这将使电池更加耐用。颗粒在固体中移动要比在液体中移动困难得多，但是鼓励实验室规模的结果建议这些电池可以在未来几年用于电动汽车，并有目标日期商业化早在2026年。

虽然固态电池非常适合消费电子产品和电动汽车，但对于大规模的能量存储，科学家们正在追求全液体的设计液流电池．

在这些装置中，电解液和电极都是液体。这允许超快充电，使它很容易做真正的大电池。目前这些系统非常昂贵，但研究仍在继续降低价格．

以热的形式储存阳光

在某些情况下，其他可再生能源存储解决方案的成本低于电池。例如,集中太阳能发电厂用镜子集中的阳光加热成百上千吨的盐直到融化。这种熔融盐被用来驱动发电机，就像传统电厂用煤或核能来加热蒸汽和驱动发电机一样。

这些加热过的材料也可以储存起来，在阴天甚至晚上发电。这种方法允许集中太阳能昼夜不停地工作。

这个想法可以应用于非太阳能发电技术。例如，风力发电可以用来加热盐，以便以后无风时使用。

集中式太阳能发电仍然相对昂贵。为了与其他形式的能源生产和储存竞争，它需要变得更有效率。实现这一目标的一种方法是提高盐的加热温度，从而提高电力生产的效率。不幸的是，目前使用的盐在高温下不稳定。研究人员正在努力开发新的盐或其他材料，可以承受高达1300°F(705°C)的温度。

如何达到更高温度的一个主要想法是加热沙子，而不是盐，因为盐可以承受更高的温度。然后，沙子会被传送带从加热点转移到仓库。能源部最近宣布资助一个试点集中太阳能发电厂基于这个概念。

先进的可再生燃料

电池可以用于短期的能源储存，而集中的太阳能发电厂可以帮助稳定电网。然而，公用事业公司也需要存储大量的能源，以供不确定的时间使用。这是可再生燃料的作用氢和氨．当风力涡轮机和太阳能电池板产生的电力超过公用事业客户的需求时，公用事业公司就会用剩余的电力生产这些燃料来储存能量。

氢和氨每磅含有的能量比电池多，所以它们能在电池不能工作的地方工作。例如，它们可以被使用用于运输重物和运行重型设备,对于火箭燃料．

如今，这些燃料大多由天然气或其他不可再生能源制成化石燃料通过极其低效的反应。虽然我们认为氢气是一种绿色燃料，但今天大多数氢气是由天然气制成的。

科学家们正在寻找利用可再生电力生产氢和其他燃料的方法。例如，可以通过分解水分子使用电力。关键的挑战是优化过程，使其高效和经济。潜在的回报是巨大的:取之不尽、完全可再生的能源。

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克里·里皮(Kerry Rippy)是科罗拉多州戈尔登市国家可再生能源实验室的一名研究员。这篇文章是最初发表于The Conversation并在创建共用许可下在此重新发布。