根据能源存储的方式，储能技术一般分为机械储能、电磁储能及电化学储能。
图 1 不同储能技术的功率特性与能量特性对比
电化学储能技术的核心是电池技术，对电池技术的深入研究，改善电池的性能，开发出低成本、长寿命、高效的电池，并按照特定场景合理定制不同的储能电池系统，能够有效促进电化学储能技术的发展，扩大其市场渗透率。
目前常用的电池技术包括锂/钠离子电池、高温钠硫电池、液流电池，它们在全球范围内都有MW级的装机规模。本文详细分析了近年来比较热门的电池技术，阐述不同电池的技术特点，并分析储能电池技术在细分市场上的未来发展方向。
1.锂离子电池
锂离子电池是实现电子设备无线使用、摆脱传统化石能源的重要技术手段。在目前的电化学储能技术中，锂离子电池占据了主导地位，占据全球电化学储能装机规模的92%，是现阶段最重要的电化学储能技术。
锂离子电池是通过锂离子在正负电极之间反复脱嵌，从而在外电路形成电流的浓度差电池，常被成为“摇椅式电池”，如图2所示。
锂电池的优势在于：
①具有较高的能量密度，磷酸铁锂电池的单体能量密度最高可达到210Wh/kg,三元电池的单体能量密度则突破了300Wh/kg；
②充放电快，适合用于储能电站的调峰、调频；
③能量转化效率高，可达到80~90%；
④响应时间快速；
⑤循环寿命已经实现万次突破(衰减斜率预测结果)，宁德时代设计的福建晋江储能电站预计能够实现电池单体12000次的长寿命循环。
锂离子电池在商业化使用过程中也面临着很多突出问题：
①使用过程中存在安全隐患，无论是作为动力电池还是储能电池，锂离子电池爆炸或着火的现象频发；
②锂资源的储量有限。锂资源在地壳中的含量仅占0.0065%，目前的锂资源无法支撑未来汽车电气化和电化学储能产业的蓬勃发展。
2.钠离子电池
钠离子电池作为一种二次电池，与锂离子电池的工作原理类似，依靠钠离子在正负极之间来回穿梭工作，因而钠离子电池同锂离子电池一样被称作“摇椅式电池”。由于钠离子半径(0.102nm)比锂离子(0.076nm)大，对正负极材料的配位数、晶格常数、晶体结构等会产生比较大影响，在电极材料的选择上需要注意。
常见的钠离子电池正极材料包括：层状氧化物、隧道型氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子型化合物。负极材料包括：硬碳等碳基材料、钛基嵌入型材料、有机类负极材料及合金及转化类负极材料。
与锂离子电池相比，钠离子电池最大的特点是：
①钠资源丰富，全球的钠含量为2.75%，远高于锂(0.0065%)；
②成本低。钠离子电池的电极原材料和集流体(正负极均可使用铝)的成本低，使得钠离子电池的理论制造成本为0.55元/Wh，随着产能的扩大和工艺的改进，其电芯成本有望降至0.2~0.3元/Wh，远低于锂离子电池、高温钠硫电池和全钒液流电池的制造成本；
③安全性好。对比锂离子电池，钠离子电池充放电过程中安全性更高，高低温性能保持率高，在－20℃下使用仍然有90%的容量保持。
钠离子电池和锂离子电池的技术和生产制造路线相似，能够很好地借鉴当前锂离子电池的生产制造工艺，容量较高(略低于磷酸铁锂电池)，钠资源储量丰富，是未来极具有发展潜力和市场价值的电池技术。
目前以宁德时代、中科海钠为代表的电池公司均聚焦于钠离子电池技术研发。在未来钠离子电池有望部分替代锂离子电池，应用于低速交通、储能电站中。
3.高温钠硫电池
高温钠硫电池作为一种重要的储能技术，适用于大规模固定式储能，目前装机量占全球电化学储能市场的3.6%，主要技术由日本NGK公司掌握，国内上海电气钠硫储能技术公司和东方电气集团公司也有一定的技术储备。然而其安全问题一直倍受关注，成为制约其产业大规模发展的关键要素。
图3 钠硫电池的结构和工作原理示意图
高温钠硫电池的优势在于：
①资源丰富(钠和硫的储量丰富)；
②充放电寿命长；
③能量密度高，在大规模发电侧储能领域具有商业化和可持续发展潜力。
但高温钠硫电池工作温度过高 (300~350℃)，存在严重的安全隐患，限制了其大规模产业发展。目前高温钠硫电池的生产制造集中主要集中日本，由于其安全性问题没有得到有效解决，在全球范围内尚未产生规模化效应。
4.全钒液流电池
全钒液流电池(VRB)通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，电解液是水相体系，是唯一使用同种元素组成的水系电池系统。与传统二次电池不同，全钒液流电池反应过程不涉及相变，其工作原理图如图4所示，正极存储V5+/V4+的硫酸水溶液，负极存储V3+/V2+的硫酸水溶液。
图4全钒液流电池的的结构和工作原理示意图
通过磁力泵将电解液从储罐输送到电堆中，不同价态的钒离子组分会在电极表面发生氧化还原反应，完成电化学反应后再由磁力泵输送回储罐中。充电过程，正极的V4+转变为V5+，负极的V3+转变为V2+，同时释放出H+，放电过程与之相反。其电极反应机理如下式(1)：
(1)因此其容量取决于所使用的电解液浓度和体积，其功率由电池的电极面积和数量决定。
全钒液流电池具有以下的优势：
①安全环保。全钒液流电池的活性物质是含有钒离子的稀硫酸水溶液，无有机物质，电池故障时不易发生爆炸和燃烧；同时钒电解液也可以循环利用；
②循环寿命长。电池充放电循环次数在15000次以上，使用寿命在15~20年，高于锂离子电池；
③能量转换效率高，充放电特性好；
④可深度放电(100%充放电)，能耐受大电流充放，适合大电流快速充放电；通过更换电解液能实现电池的“即时充电”，具备快速响应的特性；
⑤储能容量大，储能容量为数百千瓦时至数百兆瓦时，适合大容量固定储能。
全钒液流电池的突出问题是：
①制造成本过高，依据大连融科公司统计，钒液流电池的制造成本在4000元/kWh左右，阻碍钒电池的推广普及；
②体积庞大、不易搬运，相同储能容量下，全钒液流电池沉重、庞大，不易搬运，不适宜用于电动汽车等便捷式交通设备，只能应用于大规模固定储能；
③对环境温度要求苛刻，全钒液流电池的工作温度在0~45℃，不适合在极端环境中使用；⑤正极极板易报废，寿命不超过两年，维修成本高；
⑥比能量低，难以进一步提高。钒电池的质量比能量仅是锂电或高温钠硫电池的1/3~1/2。
电化学储能应用场景高度依赖于电池的技术特性，针对于上述几种常见的电池技术，分别分析了其成本、性能及潜在应用场景，总结在下表1中。
作为新兴产业，储能正处于政策积极引导、技术不断迭代、市场逐渐成熟的阶段，面临着多重机遇和挑战。一方面，储能是构建灵活电源的关键，在新型电力系统和“双碳”目标下将迎来重大发展；另一方面，目前储能电池技术在成本、安全性、性能、标准体系建设等方面还有待进一步提升。
未来几年，电化学储能技术仍然将以锂离子电池为主。随着锂资源的逐步消耗，钠离子电池的低成本、安全性和丰富存量等特征日益凸显，性能不断优化，未来钠离子电池在储能领域会迎来更大的发展。
此外，随着大电网对于长时储能的需求逐步显现，具有超长寿命的液流电池等新型长时储能技术也将在特定领域中发挥其重要价值。电池技术不断进步、应用场景不断丰富，未来储能电池技术必将进入百花齐放的多元发展时代，要能够充分发挥储能市场对资源的调配作用，使各种电池技术依据特点统筹发展。
原文始发于微信公众号（艾邦储能与充电）：储能电池技术优缺点：锂离子、钠离子、高温钠硫、全钒液流......
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