主流儲能電池種類梳理及發展前景展望

目前的儲能技術可以分為兩大板塊：一是物理儲能，主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等方式；另一個板塊則是電化學儲能，也就是我們通常熟知的電池儲能方式。

電化學儲能技術的發展歷程（見下圖）最早起于1800年的Volta電池和1836年的Daniell電池（也稱為鋅銅電池）。隨后，鉛酸電池（1882年）、鎳氫電池（1970年）和鋰電池（1990年）不斷涌現，實現商業化應用。

電化學儲能技術的發展歷程（圖源：湯勻等，《下一代電化學儲能技術國際發展態勢分析》）

鋰離子電池

鋰離子電池具有儲能密度高、充放電效率高、響應速度快、產業鏈完整等優點，是最近幾年發展最快的電化學儲能技術，占據了電池儲能的近9成裝機份額，技術路線上主要為磷酸鐵鋰（LFP）和三元鋰（NCM和NCA）。

全球儲能用鋰電池占比趨勢（圖源：臺灣工研院，《儲能用電池市場發展與未來趨勢》）

隨著政策對新型儲能支持力度加大、電力市場商業化機制建立、儲能商業模式清晰、鋰離子電池成本的持續下降，儲能鋰離子電池市場正式進入加速發展期。全球主要的鋰離子電池儲能生產商來自日本（松下）、韓國（三星SDI、LG Chem）、美國（特斯拉）和中國（寧德時代、比亞迪、力神等）。

雖然鋰離子電池市場份額最大，但其使用有機電解液，高度易燃，有熱失控的危險，在大規模應用過程中會出現安全、可靠性等問題。2022年6月，國家能源局發布《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》，提出“中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池”。這項政策的實施，為磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等非三元系電池打開了新的發展空間。

鈉離子電池

目前，鈉離子電池已逐步開始了從實驗室走向實用化應用的階段，國內外已有30多家企業，包括鈉離子電池“三大家”--英國的Faradion、法國Tiamat、我國的中科海鈉，還有美國的Natron、日本岸田化學等，正在進行鈉離子電池產業化的相關布局，并取得了重要進展。

鈉離子電池儲能電站（圖片來源： 中科院物理所  ）

作為中國首家鈉離子電池企業，中科海鈉公司依托中國科學院物理所的優勢科研力量，已率先實現鈉離子電池在電動自行車、低速電動車和儲能電站上的示范應用。2019年在江蘇溧陽建成并示范運行了全球首座100kWh鈉離子電池儲能電站；2021年與華陽新材料合作的全球首套1MWh鈉離子電池光儲充智能微網系統在山西太原成功投入運行；2021年12月中旬，中科海鈉與三峽集團及阜陽市人民政府達成合作，共同建設全球首條鈉離子電池規模化量產線，該產線規劃產能5GWh，分兩期建設，一期1GWh計劃于2022年正式投產。

除中科海納外，寧德時代、欣旺達、鵬輝能源、鈉創新能源等國內電池企業也紛紛入局，與容百科技、格林美等多家鋰電池材料企業同步展開鈉離子電池材料的研發和產業化探索。

液流電池

液流電池通過電解液內離子的價態變化實現電能存儲和釋放。其功率和容量可獨立設計、結構靈活、安全性高、儲能規模大、效率高、壽命長、生命周期的性價比高等特點，使其在大規模儲能領域具有良好的應用前景。根據活性物質種類不同，液流電池目前主要為全釩液流電池、鋅基液流電池等。

全釩液流電池結構示意圖（圖源：羅麗娟等，《綜合能源服務用釩電池儲能》）

• 全釩液流電池

全釩液流電池具有系統配置靈活、壽命長、可深充深放及環保安全等獨特的優勢，成為近年來規模化儲能的熱點。目前大功率的全釩液流儲能系統已日漸成熟并投入使用。隨著容量規模的擴大、集成技術的日益成熟，釩電池儲能成本進一步降低，在綜合能源服務中具有廣闊的應用前景。研究機構EVTank近日發布的《中國釩電池行業發展白皮書（2022年）》顯示，2022年國內大量的釩電池儲能項目開工建設，預計全年新增裝機量將達到0.6GW；2025年釩電池新增規模將達到2.3GW；2030年新增規模將達到4.5GW，屆時，釩電池儲能項目累計裝機量將達到24GW。

• 鋅基液流電池

鋅基液流電池以金屬鋅為負極活性組分，具有儲能活性物質來源廣泛、價格便宜、能量密度高等優勢，在分布式儲能領域極具應用價值和競爭優勢。其中鋅溴液流電池、鋅鎳液流電池、鋅鐵液流電池等多種類型的鋅基液流電池，在過去的五十年里得到了廣泛的研究，顯示出了良好的實際應用前景。

鋅溴液流電池生產企業主要有澳大利亞的Redflow、美國的ZBB和Primus Power、韓國的樂天化學，以及中國的安徽美能和百能匯通等公司。鋅鐵液流電池的生產企業主要有美國的ViZn公司、中國的中國電建集團江西省電力建設有限公司。2022年大連化物所成功開發出10kW/30kWh用戶側鋅溴液流電池系統（見下圖）。該系統的成功開發，將進一步推動用戶側新型鋅基液流電池的發展與產業化應用，對于推動鋅基液流電池可持續發展具有重要意義。

中國科學院大連化學物理研究所開發的鋅溴液流電池系統，（a）30kWh；（b）10kW（圖源：鄭瓊等，《碳達峰、碳中和背景下儲能技術研究進展與發展建議》）

鉛蓄電池

鉛蓄電池的特點是技術成熟、成本低、安全可靠，但是放電功率較低、壽命較短。鉛蓄電池主要包括鉛酸電池和鉛炭電池，目前的研發主要集中于鉛炭電池。《2022儲能產業應用研究報告》統計數據顯示，2021年，我國鋰離子電池儲能裝機規模中，鉛蓄電池（包含鉛炭電池）功率規模占比僅為5.5%。隨著新的電化學儲能技術的快速發展，尤其是鋰離子電池的應用，鉛蓄電池將面臨很大的挑戰。

• 鉛酸電池

鉛酸電池由于具有生產原材料豐富、制造工藝成熟、維護成本低、性能穩定和安全可靠等優點而得到廣泛應用，但是也存在質量比能量低、自放電高、使用壽命短、重金屬污染等缺點。

• 鉛炭電池

鉛炭電池可理解為鉛酸電池的升級版，通過在負極添加高活性的碳材料，可以有效抑制部分荷電態下因負極硫酸鹽化引起的容量快速衰減，并可以提高電池的快速充放電能力。前些年，鉛炭電池在儲能領域已有多個項目案例，比如，浙江舟山東福山島風光柴儲能電站、新疆吐魯番新能源城市微電網示范工程、南方電網光儲一體化柴儲能電站等。不過，鉛炭電池在經過幾年的快速發展后目前趨于沉寂，目前鉛炭電池市場規模還相對較小，但安全性高、回收率高的特點使其在場地要求不高、有較長的充放電工作周期等場合仍然是有競爭力的儲能技術。

鈉硫電池

鈉硫電池在19世紀60年代由福特公司首先開發，以其資源優勢、可長時放電、寬的環境適應溫度范圍以及較高的能量和體積密度等優勢，近些年在包括美國、中國、韓國、瑞士等國家得到應用研究和推廣。

(a，b) 上硅所開發的30A·h和650 A·h鈉硫單體電池及其循環性能（圖源：胡英瑛等，《儲能鈉硫電池的工程化研究進展與展望》）

然而，鈉硫電池在應用過程中可能發生失效，鈉硫電池儲能電站也可能產生損壞，安全隱患在一定程度上制約了它的商業化發展。基于此，在上述《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》中，它同三元鋰一起，被關了小黑屋。

小結與展望

2021年，中國儲能技術在基礎研究、關鍵技術和集成示范方面均取得了重要進展。這一年，中國機構和學者發表SCI論文11949篇，居世界第一位，且遙遙領先于第二位美國，中國已經成為全球儲能技術基礎研究最活躍的國家。在關鍵技術和集成示范方面，各主要儲能技術也均取得重要進展。

展望未來，中國儲能有望保持規模化發展的良好態勢。在國家雙碳戰略的持續推動下，儲能政策將繼續向好。中國儲能技術領域將有望繼續“加速跑”，基礎研究將繼續保持國際最活躍國家地位。鋰離子電池、液流電池、鈉離子電池等多種化學儲能技術將快速發展，儲能領域將迎來快速發展的新機遇。

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