研究表明，不斷增長的全球能源消耗推動了可再生能源技術(shù)的發(fā)展，以減少溫室氣體排放和空氣污染。具有高電化學性能的電池 在此，中國科學技術(shù)大學陳維 崔屹 對GSES的電池研究領域提供了深入的討論和綜合考慮。通過生成GSES標準和措施，系統(tǒng)分析了電池技術(shù)對關鍵參數(shù)的實際應用總體要求。同時，還討論了一些對GSES很有前景的代表性電池技術(shù)的最新進展和現(xiàn)有挑戰(zhàn)，包括金屬離子電池、鉛酸電池、熔鹽電池、堿性電池、氧化還原液流電池、金屬空氣電池和氫-氣體電池。此外，作者還強調(diào)將新興電池技術(shù)從學術(shù)界引入工業(yè)界的重要性，提供了用于GSES應用的電池未來發(fā)展的看法。 相關論文以“Rechargeable Batteries for Grid Scale Energy Storage Chem. Rev. 1. 全球電力現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
? 圖1. 全球電力生產(chǎn)用電/生產(chǎn)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
在過去十年中，全球電力消耗以3.5%的驚人速度、，2018年達到22000 TWh 以上，其發(fā)電量已超過25000 TWh。目前，煤炭是最大的不可再生能源，占發(fā)電量的38%，其次是天然氣（23%）和石油（3%）。相比之下，可再生能源在水電（17%）、風能（5%）和太陽能（2%）中所占比例相當小（圖 1a）。其中，化石燃料的不均勻地理分布是阻礙未來可持續(xù)發(fā)電的主要障礙之一。自1859年鉛酸電池（LAB）發(fā)明，以及1880年代其并入電網(wǎng)以來，用于電網(wǎng)規(guī)模儲能（GSES）的各種類型的EESS一直在不斷研究。顯然，具有高度靈活和寬能量存儲范圍的可充電電池在短期、中期和長期存儲應用中具有實用性 。 2. 電網(wǎng)規(guī)模儲能電池技術(shù)通用指南 圖2.?先進BESS在不同技術(shù)方面的發(fā)展方向 最近幾年，衍生出許多新穎的電池設計，以彌補電池技術(shù)的不足。實用性、潛力、新挑戰(zhàn)、發(fā)展現(xiàn)狀等需要準確評估和跟蹤，本綜述總結(jié)了大量具有代表性的電池技術(shù)，并評估了它們的實用性和創(chuàng)新潛力，以為電池界對GSES技術(shù)的開發(fā)和應用帶來一些重要指導。作者分別以金屬離子電池（MIB）、鉛酸電池（LAB）、熔鹽電池（MSB）、堿性電池（ABs）、氧化還原液流電池（RFBs）、金屬-空氣電池（MABs）和氫氣電池（HGBs） 的前沿研究和最新進展為目標展開了一系列總結(jié)（具體見原文第3章~第10章）。 圖3.?各種BESS的成熟度和關鍵性能參數(shù)比較總結(jié) 根據(jù)研發(fā)的成熟度，電池技術(shù)一般可分為三類，如圖3a所示：（1）成熟技術(shù)，包括LIBs、LABs、Ni-MH電池、Pb-C電池、MSBs、 VRFB等；（2）在研技術(shù)，包括SIBs、ZIBs、ZBBs、ICBs、Ni-H2 電池、Zn-空氣電池、固態(tài)LIBs等；（3）新興技術(shù)，包括ALIBs、有機RFBs、非水RFBs、半固態(tài)RFBs、Ni-Zn 電池、PIBs、MgIBs、AIBs、Mg-air 電池、Al-air 電池、HGBs 等。圖3b顯示了電池技術(shù)的一些關鍵性能參數(shù)的總結(jié)和比較。很明顯，LIBs在便攜式電子產(chǎn)品和動力電池系統(tǒng)市場中占據(jù)主導地位 此外，最先進的HGB，如先進的Ni-H2 和Mn-H2 電池，在先前報道的BESS 中提供了優(yōu)異的電化學性能。在這方面，在電極上發(fā)生的高效和快速的 HER/HOR反應對于商業(yè)上可行、安全、低成本和長壽命的氫基BESS非常有希望。對于其他HGB，迫切需要通過開發(fā)高效電極、電池管理系統(tǒng)以及高活性和地球含量豐富的HER/HOR催化劑來進一步提高性能。 4. 電網(wǎng)規(guī)模電池系統(tǒng)的未來發(fā)展 圖4.?BESS從基礎研究到各種應用的發(fā)展模式 目前，還沒有一種理想的電池技術(shù)可以滿足GSES的所有綜合要求。這需要開展突破性研究以解決電池的關鍵性能問題，并使其新穎的設計適用于GSES。盡管擔心鋰儲量減少和安全性差，LIBs一直是BESS領域歷史上最成功的技術(shù)之一。考慮到鈉儲量豐富，SIBs在GSES領域仍有待補充甚至替代LIBs的潛力。在儲能設備的安全性和成本效益方面，VRFB和HGB技術(shù)在全球產(chǎn)業(yè)化方面具有尚未開發(fā)的潛力。 目前，當務之急是投入巨資進行研發(fā)，研發(fā)出滿足固定和移動儲能需求并確保長期回報的尖端電池技術(shù)。在這方面，政府通過建立工業(yè)設施和確保簡化能源實踐提供財政、物質(zhì)和后勤支持，在BESS研究和示范項目中發(fā)揮著關鍵作用。據(jù)推測，對于尋求提高電網(wǎng)靈活性和最大化可再生資源饋入的國家來說，增加對 VRE的傾向是關鍵的經(jīng)濟驅(qū)動力。最重要的一點是，投資機構(gòu)和領先的制造企業(yè)也有望傾力為 GSES 開發(fā)更好的電池技術(shù)。 Zhengxin Zhu,? Taoli Jiang,? Mohsin Ali,? Yahan Meng, Yang Jin, Yi Cui, Wei Chen*, Rechargeable Batteries for Grid Scale Energy Storage，Chem. Rev., 2022, https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00289
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