Chem. Rev.: 电网级储能用可充电电池

元催化

2022-10-01

日益增长的全球能源消耗推动了可再生能源技术的全面发展，以应对温室气体的大量排放和环境污染，助力碳中和。电化学性能优异的电池储能技术可以很好的结合间歇性的可再生能源，如：太阳能、风能等，实现大规模储能应用。近年来，众多电池技术在电网式规模化储能中展示了巨大的应用潜力。然而，由于学术研究与工业化应用的差异性，电池储能技术的实际应用受到了巨大的阻碍。

鉴于此，中国科学技术大学化学与材料科学学院的陈维课题组综述了电网级大规模储能电池的研究进行了深入的探讨和综合的分析。此外，该综述还讨论了一系列典型的具有优越前景的电池储能技术的最新进展和挑战，包括金属离子电池（锂离子电池，钠离子电池，钾离子电池，铝离子电池，镁离子电池，锌离子电池）、铅酸电池、熔融盐电池、碱性电池、液流电池、金属空气电池和氢气电池等，并制定了一些电池标准化的测试和参数分析准则，为电池的大规模储能应用提供了一条有效的途径。

本文要点：

（1）本综述展示了电网式储能电池的各种发展模式，并阐述了电池研究的基本性能参数和各种应用。随着储能基础研究的突破，对于特定应用场合仍需要对能源存储材料和新型电网式储能电池的原型机进行合理的设计。这些应用主要包括：家用光伏、通信基站、不间断电源、光伏充电站、微电网、用户侧储能等中小型规模化应用，以及规整间歇性可再生能源的大型规模化应用。在这方面，安装成本、预计的项目寿命、环境和安全标准、可持续时间、额定功率、施工和调试、运行和管理是部分最重要的电池影响因素。另一方面，电池与电池原型机的相应评价参数包括：资金成本、循环寿命、材料稳定性、本征安全、容量、电压、电流密度、能量密度、自放电和工作温度范围等。

（2）本文对于电网式储能电池的规模化应用，瓦到千瓦级规模的电池堆能够适用于小型的规模化储能应用；将电池堆、电力转换系统、电池管理系统等辅助设备组装成电池集装箱式，可用于中型的规模化储能应用；在满足中小型的规模化储能应用需求的基础上，进一步地扩充集装箱储能体系的规模，能够实现大型的规模化电网式储能。在过去的几十年内，虽然一些突破性的电池技术尝试从小型到大型储能应用的转变，但是大多数电池体系仍无法满足商业化应用的要求。因此，电网式储能电池的研究人员应专注于科学瓶颈问题的解决和设计实用的电池，并将实验室规模的电池转化为工业上可行的电池技术，以确保能源存储在未来得到可持续性的发展。

参考文献：

Zhengxin Zhu, Taoli Jiang, Mohsin Ali,. et al. Rechargeable Batteries for Grid Scale Energy Storage, Chem. Rev., (2022).

DOI：10.1021/acs.chemrev.2c00289

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00289