研究表明，不斷增長(zhǎng)的全球能源消耗推動(dòng)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(xué)性能的電池 在此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維 崔屹 對(duì)GSES的電池研究領(lǐng)域提供了深入的討論和綜合考慮。通過(guò)生成GSES標(biāo)準(zhǔn)和措施，系統(tǒng)分析了電池技術(shù)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用總體要求。同時(shí)，還討論了一些對(duì)GSES很有前景的代表性電池技術(shù)的最新進(jìn)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(qiáng)調(diào)將新興電池技術(shù)從學(xué)術(shù)界引入工業(yè)界的重要性，提供了用于GSES應(yīng)用的電池未來(lái)發(fā)展的看法。 相關(guān)論文以“Rechargeable Batteries for Grid Scale Energy Storage Chem. Rev. 1. 全球電力現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
? 圖1. 全球電力生產(chǎn)用電/生產(chǎn)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
在過(guò)去十年中，全球電力消耗以3.5%的驚人速度、，2018年達(dá)到22000 TWh 以上，其發(fā)電量已超過(guò)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(fēng)能（5%）和太陽(yáng)能（2%）中所占比例相當(dāng)?。▓D 1a）。其中，化石燃料的不均勻地理分布是阻礙未來(lái)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(lái)，用于電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能（GSES）的各種類(lèi)型的EESS一直在不斷研究。顯然，具有高度靈活和寬能量存儲(chǔ)范圍的可充電電池在短期、中期和長(zhǎng)期存儲(chǔ)應(yīng)用中具有實(shí)用性 。 2. 電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能電池技術(shù)通用指南 圖2.?先進(jìn)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(shè)計(jì)，以彌補(bǔ)電池技術(shù)的不足。實(shí)用性、潛力、新挑戰(zhàn)、發(fā)展現(xiàn)狀等需要準(zhǔn)確評(píng)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(píng)估了它們的實(shí)用性和創(chuàng)新潛力，以為電池界對(duì)GSES技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)一些重要指導(dǎo)。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(jìn)展為目標(biāo)展開(kāi)了一系列總結(jié)（具體見(jiàn)原文第3章~第10章）。 圖3.?各種BESS的成熟度和關(guān)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(lèi)，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(jī)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(guān)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(dòng)力電池系統(tǒng)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位 此外，最先進(jìn)的HGB，如先進(jìn)的Ni-H2 和Mn-H2 電池，在先前報(bào)道的BESS 中提供了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在這方面，在電極上發(fā)生的高效和快速的 HER/HOR反應(yīng)對(duì)于商業(yè)上可行、安全、低成本和長(zhǎng)壽命的氫基BESS非常有希望。對(duì)于其他HGB，迫切需要通過(guò)開(kāi)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(lái)進(jìn)一步提高性能。 4. 電網(wǎng)規(guī)模電池系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展 圖4.?BESS從基礎(chǔ)研究到各種應(yīng)用的發(fā)展模式 目前，還沒(méi)有一種理想的電池技術(shù)可以滿(mǎn)足GSES的所有綜合要求。這需要開(kāi)展突破性研究以解決電池的關(guān)鍵性能問(wèn)題，并使其新穎的設(shè)計(jì)適用于GSES。盡管擔(dān)心鋰儲(chǔ)量減少和安全性差，LIBs一直是BESS領(lǐng)域歷史上最成功的技術(shù)之一?？紤]到鈉儲(chǔ)量豐富，SIBs在GSES領(lǐng)域仍有待補(bǔ)充甚至替代LIBs的潛力。在儲(chǔ)能設(shè)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(kāi)發(fā)的潛力。 目前，當(dāng)務(wù)之急是投入巨資進(jìn)行研發(fā)，研發(fā)出滿(mǎn)足固定和移動(dòng)儲(chǔ)能需求并確保長(zhǎng)期回報(bào)的尖端電池技術(shù)。在這方面，政府通過(guò)建立工業(yè)設(shè)施和確保簡(jiǎn)化能源實(shí)踐提供財(cái)政、物質(zhì)和后勤支持，在BESS研究和示范項(xiàng)目中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。據(jù)推測(cè)，對(duì)于尋求提高電網(wǎng)靈活性和最大化可再生資源饋入的國(guó)家來(lái)說(shuō)，增加對(duì) VRE的傾向是關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力。最重要的一點(diǎn)是，投資機(jī)構(gòu)和領(lǐng)先的制造企業(yè)也有望傾力為 GSES 開(kāi)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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