NREL の発明性が特許活動の新記録を樹立

Greg Glatzmaier 氏にとって、イノベーションと実装の間の道路は、ネバダ州ボールダーシティから南に約 186,000 マイル離れたほこりっぽい高速道路沿いを走っています。そこでは、彼の特許取得済みのアイデアが業界の問題を解決できる可能性があります。彼のアイデアの目的地は、砂漠の前postpostpost基地であるネバダソーラーワンです。XNUMX 個の放物線の形をした鏡が傾いて太陽光線を取り込みます。

Greg Glatzmaier は、ネバダソーラーワン発電所に設置された機器で使用されているシーラントの高温熱的/機械的安定性をテストします。このプロセスにより、発電所内の微量の水素が削減され、元の設計効率と発電量が維持されます。写真：デニス・シュローダー、NREL

国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) の熱エネルギー科学および技術グループのシニアエンジニアである Glatzmaier 氏は、「プラントが最初にオープンしたとき、その周囲には西と東に山がある開けた砂漠しかありませんでした」と述べています。「他の唯一の景観の特徴は、植物の北にある乾いた湖底です。」

ネバダソーラーワンが 2007 年の夏に操業を開始して以来、他の実用規模の太陽光発電所がその湖底にオープンしました。 Nevada Solar One は、この地域で唯一の太陽熱発電 (CSP) プラントですが、この技術は独自の課題に直面しています。

CSP 施設は、太陽光の集中ビームを使用して、20,000 本のチューブを流れる流体を華氏 752 度まで加熱します。このプロセスでは、蒸気を発生させてタービンを回転させ、発電機を駆動して電気を生成します。しかし、時間が経つにつれて、熱伝達流体は分解して水素を生成し始め、プロセスの有効性が低下します。チューブ内の小さな金属ペレットが水素を吸収しますが、約 XNUMX 年後には飽和してしまい、取り外したり交換したりすることはできません。 Glatzmaier が開発した水素問題への取り組み方.

「個別に調査して、各チューブの状況に対処しようとするのは、実際には現実的ではありません」と Glatzmaier 氏は述べています。「それで、私が開発した方法、その特許の内容、そしてこのプロジェクトのすべては、熱伝達流体に含まれる水素のレベルを減らして制御することです。」

NREL は 2017 年の秋に Glatzmaier の発明に関する特許を申請しました。米国特許商標庁は昨年 XNUMX 月、単に「水素の感知と分離」と呼ばれるものに特許保護を付与しました。

研究所が188件の特許を出願

Glatzmaier の特許は、40 会計年度に NREL に発行された 2020 件の米国特許の 32 つに過ぎず、前会計年度に発行された 269 件から増加しました。特許または著作権の保護への最初のステップとして研究所の技術移転局に提出された 153 件の開示のうち、116 件は発明の記録のカテゴリーに、XNUMX 件はソフトウェアの分野に該当しました。

NREL の技術移転オフィスのディレクターである Anne Miller は次のように述べています。「このような成長を見るのは素晴らしいことです。なぜなら、人々が彼らの革新を報告し、それらを保護し展開するために私たちと協力するように研究室に働きかけることは、それが機能していること、人々が誰に連絡すべきかを知っていることを意味するからです。うまくいけば、それは彼らが私たちが助けになり、彼らを正しい方向に導く能力にある程度の自信を持っていることを意味します。」

NREL の技術移転オフィスのディレクターであるアン・ミラーは、2019 年のイベントで研究所の従業員に話しかけます。 NREL の Werner Slocum による写真。

NREL は 188 年度に 20 件の特許を出願し、前年の 124 件から増加した。

NREL の研究科学者であるランス・ウィーラーは、パイプラインで約 XNUMX 件の特許出願を行っており、数年前の発見に関連しています。窓を太陽電池に変える. この技術はペロブスカイト太陽電池を利用しており、ガラスを暗くして発電し、透明なガラスに戻すことができます。「エナジーハーベスティング発色装置」に関して承認された最新の特許は、仮出願が提出されてからほぼ XNUMX 年後の XNUMX 月に付与されました。

同僚のジョーイ・ルーサー、ジェフリー・クリスチャンズ、ジョー・ベリーと特許を共有しているウィーラー氏は、「論文を書いて数か月以内に公開できるため、論文を書くのとは大きく異なります。「数か月以内に特許を取得することはありません。通常は少なくとも XNUMX 年ですが、XNUMX 年というのはおかしなことではありません。」

米国全体で使用されるエネルギーの XNUMX 分の XNUMX 近くは建物で占められているため、これらの「スマートウィンドウ」を使用して太陽光を利用するという考え方は、エネルギー消費を抑えることができます。

Wheeler の動的太陽光発電ウィンドウについてこれまでに発行された特許は、技術の基本的な側面をカバーしており、初期の研究から生まれました。その後、一連の特許出願が続きました。

「最初の特許出願を書くとき、すべてを知っているわけではありません」とホイーラーは言いました。「特に特定の市場のニーズや製品がどのようなものになるかを学ぶにつれて、何が重要かを学び、正常に機能するものを保護し続けます。それから、より多くの発見をし、より多くの特許を取得しますが、それらはすべて同じ領域に配置されています。」

ペロブスカイト組成物が特許保護を獲得

結局のところ、アラインメントは、ペロブスカイトが太陽のエネルギーを最も効果的に取り込むための重要な部分です。自然に発生する鉱物であるシリコンとは異なり、太陽電池に使用されるペロブスカイトは化学によって成長します。ペロブスカイトの結晶構造は、太陽光を電気に変換するのに非常に効率的であることが証明されています。

NREL の研究者は、ペロブスカイト式の可能な組み合わせを調査して、最良のものを見つけました。その成果が、2020年XNUMX月に「配向ペロブスカイト結晶とその製造方法」の特許を取得しました。プロセスは、別のクリスタルに取り付けられた小さなクリスタルから始まり、次のクリスタルに何度も取り付けられます。結晶も同じ方向を向いています。上級科学者で発明者の XNUMX 人である Kai Zhu は、レンガ積みを例えています。

「XNUMX つのレイヤーを下に置き、次のレイヤーを並べて配置し、それらを完全に整列させます」と彼は言いました。「非常に大きな壁を構築するには、これを行う必要があります。でも、そこにランダム性があれば、あなたの壁は崩壊します。」

ペロブスカイトの組成に関する特許は、NREL の Zhu、Berry、Donghoe Kim と日本の科学者に対して発行されました。 NREL は 2017 年に特許を出願しました。 NREL が開発した組成は、特定の方向ではなくランダムに成長させた結晶でできたペロブスカイト太陽電池と比較して、欠陥が少なく、電荷キャリアをすばやく移動できることが証明されています。その結果、最高の効率を達成できるペロブスカイト太陽電池が実現しました。

「これは、現在、単接合太陽電池で最高の性能を発揮するペロブスカイト組成を表しています」と Zhu 氏は述べています。

ソフトウェアファイリングが新記録に到達

NREL の技術移転オフィスは、116 会計年度に 2020 件のソフトウェアレコード (SWR) 開示を受け取り、新記録を樹立し、前年の 72 件から大幅に増加しました。提出物の増加は、無料のオープンソースリリース用に開発および承認されているソフトウェアが増えていることによるものです。昨年、クローズドソースライセンスが承認され、商用ユーザーが利用できるようになったソフトウェアレコードの XNUMX つは、Electric Vehicle Infrastructure Projection ツール (EVI-Pro) です。として知られる、簡素化されたオープンソースバージョン EVI-Pro ライト、も発売されました。

EVI-Pro のコアにより、ユーザーは特定の地域における電気自動車充電インフラストラクチャの需要を予測できます。また、ソフトウェアの予測機能により、ユーザーは、電気自動車の流入がグリッドとエネルギー需要にどのように影響するかを事前に判断できます。 EVI-Pro は実世界の情報に依存しています。

EVI-Pro の開発を監督した NREL の研究者である Eric Wood 氏は、ある地域に以前にいくつの充電ステーションが設置されたかを考慮し、その情報に基づいて知識に基づいた推測を行うだけでは十分ではないと述べています。

「それはいくつかの重要なポイントを見逃しています」と彼は言いました。「車の技術は進化しています。充電技術は進化しています。そして、これらの車両を所有する個人の行動は進化しています。」

電気自動車のアーリーアダプターは、自宅のガレージで充電できます。市場が拡大するにつれて、アパートに住んでいる人や路上に駐車しなければならない人は、プラグを差し込む場所が必要になるとウッド氏は言います。

「市場が成長するにつれて、公共充電インフラの役割は高まり続けるでしょう」と彼は言いました。「市場の最新状況を反映することを視野に入れてソフトウェアを開発し続けることは、私たちが直面している課題の XNUMX つであるため、EVI-Pro を適切で最新の状態に保つことが重要です。」

研究所から外の世界へ

Glatzmaier にとって、彼の発明が集光型太陽熱発電所から水素を分離して除去する際にどれほどうまく機能するかを確認するための旅は、簡単ではありませんでした。パンデミックのために飛行機を欠航した彼は、昨年、ネバダ州のサイトに車で 13 回旅行しました。 XNUMX回あたり片道約XNUMX時間かかりました。

科学者は通常、研究室の近くにいて、企業は次のことを行うことができます。ライセンスのアイデアそれは NREL の創意工夫から生まれたものです。多くの場合、ライセンスを取得した企業は、自社の人員を使って研究を行います。 Glatzmaier の場合、Nevada Solar One は共同研究開発契約に署名し、2015 年以来、科学者と会社は緊密に連携し続けています。

Glatzmaier は当初、XNUMX つのプロセスを使用して水素の蓄積に対処することを計画していました。XNUMX つはガスの量を測定し、もう XNUMX つはそれを抽出するプロセスです。実験室規模のテストでは、彼のアイデアはうまくいくことがわかったが、さらに大規模なデバイスを試す時が来ると、会社の経営陣から多少の躊躇が出るだろうと彼は予想していた.

「企業は発電所が稼働した後は変更を加えたがらない傾向があるため、彼らは非常に消極的になるだろうと考えていました」と彼は言いました。そこで彼は、水素の蓄積のみを測定するメカニズムをインストールすることを提案しました。代わりに、会社は彼に先に進み、両方の問題に同時に取り組むことを望んでいました。最初のアイデアから設置までは長い道のりでしたが、ネバダ州で終わりではありません。

Glatzmaier 氏によると、世界中に 80 の集光型太陽光発電所があり、これらの発電所で使用するための技術をライセンス供与するための交渉は最終段階にあるという。

詳細については、こちらから NREL が開発した技術のライセンス供与.

—ウェイン・ヒックス

記事の礼儀 NREL、米国エネルギー省.

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