储能电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电池储能系统比其他储能系统更具竞争力，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低、性能更优良的蓄电池。常见的化学电池有如下几种：

　　铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作各种储能电池。也是目前最成熟的储能化学电池。它是用铅和二氧化铅作为负极和正极的活性物质，以硫酸作为电解液的电池，其可靠性好、原材料易得、价格便宜。

　　铅酸电池在新能源发电尤其是小型风力发电、独立光伏发电系统中占据较多的份额。但是铅酸电池也有些缺点：

　　1）不可深度放电，充放电循环次数少（在放电深度为80%时的循环次数约为2000次，深度放电时次数将远低于此值）。铅酸电池在使用中会出现板栅腐蚀、正极活性物质软化脱落、负极不可逆硫酸盐化等现象，致使其循环寿命比较短，在高温环境下更为严重。

　　3）比能量低。比能量为30～50Wh/kg（理论比能量,即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量可达170Wh/kg）。

　　4）制作过程中不可避免的环境污染和运行数年之后的报废电池的无害化处理等。这些问题使其在大容量储能中的应用受到限制。

　　1）铅酸电池要求进行防过充、过放电控制，目前常用的充放电控制方式有两种：一是分别设定充电和放电的终止电压，二是根据蓄电池的荷电状态(SOC)，通过DSP或单片机控制电池的充放电。

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　　2）目前广泛使用的阀控式铅酸电池充电方式为恒流-恒压方式。充电中电压到达设定的稳压值之前为恒流充电，到达该值之后为恒压充电，这种充电方式可以有效避免电池过充，延长电池的使用寿命。

　　镍镉电池也是较早出现的一种可充电电池，其应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池。镍镉电池是以氢氧化亚镍为正极，海绵状镉粉和氧化镉粉为负极，氢氧化钠或氢氧化钾溶液为电解液的碱性电池。这两种金属在电池中发生可逆反应，因此电池可以重新充电。与铅酸电池相比，镍镉电池耐过充、过放电能力强，使用温度范围较广，可在-40℃～+45℃的温度范围内正常工作。镍镉电池其比能量可达55Wh/kg，比功率超过190W/kg，可快速充电，循环使用寿命较长，但价格为铅酸蓄电池的4～5倍。镍镉电池的优点是可靠性高，寿命长，几乎不需要维修。它的初期购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。所以这种电池是一个理想的应急电源。镍镉的优点是“结实”、价格便宜。缺点电池有记忆效应，每次充电都须先放电。

　　镍氢电池是由镍镉电池改良而来的，负极以储氢合金代替镉。这种电池的电压和镍镉电池完全相同。

　　充电时，正极的Ni(OH)2被氧化成镍氧化物，负极的金属物质被还原成储氢合金，放电时电极反应与充电时相反。由于镍氢电池的负极采用了储氢合金，同等体积时，镍氢电池比镍镉电池的容量增加了近一倍，而且镍氢电池环保性好，不含有毒物质金属镉，不会对环境造成污染，同时镍氢电池的记忆效应不明显。

　　目前的镍氢比能量达75～80Wh/kg，比功率达160～230W/kg，循环使用寿命超过600次。估计随着镍氢蓄电池技术的发展，其比能量可超过80Wh/kg，循环使用寿命可超过2000次，远景价格可降至150美元/kWh。镍氢电池具有能量密度高、功率密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无记忆效应、无污染、可兔维护、使用安全等特点，被称为绿色电池由于不含汞及镉之原料，不必回收处理。

　　2）自放电比较大，达到25-35%/月，远远大于其他储能电池，需定期对其充电且自放电随温度升高而明显增大。

　　3）镍氢电池耐过充电性能不足，过充电易使正、负极发生膨胀，造成活性物质脱落、隔膜损坏，对电池性能和寿命危害极大。

　　目前，镍氢电池因与其他碱性电池比有更大的输出电流而主要作为某些电动汽车的动力电源使用。

　　钠硫是由熔融液态电极和固体电解质组成的，构成其负极的活性物质是熔融金属钠，正极的活性物质是硫和多硫化钠熔盐，硫一般是填充在导电的多孔的炭或石墨毡里，钠硫蓄电池也是近期普遍看好的储能蓄电池。

　　钠硫电池具有许多特色之处：一个是比能量高。其理论比能量为760Wh/kg，实际已大于100Wh/kg，是铅酸电池的3-4倍；另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200-300mA/cm2，并瞬时间可放出其3倍的固有能量；再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应，充放电电流效率几乎100%。

　　钠硫电池也有不足之处，其工作温度在300-350℃，所以，电池工作时需要一定的加热保温。但采用高性能的真空绝热保温技术，可有效地解决这一问题。钠硫蓄电池主要存在高温腐蚀严重，电池寿命较短，性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。

　　用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。锌空气电池的潜在比能量在200Wh/kg左右。

　　锌空气电池体系在原理上具有很高的比能量，理论比能量高达1350MWh/g，实际比能量已达160Wh/kg左右。锌空气电池具有原材料便宜易得、放电性能稳定等优点，其生产和使用过程都没有环境污染，是一种绿色电池。缺点是寿命短、比功率小、不能输出大电流及难以充电等。

　　全钒氧化还原液流电池（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，是众多化学电源中唯一使用同种元素组成的电池系统。与传统的二次电池相比，其电极反应过程无相变发生，可以进行深度充放电，能耐受大电流充放。由于正、负极活性物质分开存储，杜绝存放过程自放电可能性，且电池容量取决于外部活性溶液的多少，调整容易，各个单体电池的均匀性好，维护相对容易。

　　全钒氧化还原液流电池可通过更换溶液实现电池的“即时充电”，具备快速响应和超负荷工作能力；活性溶液可重复循环使用，不污染环境等众多优势。经过优化的电池系统能量效率可达75%～85%，充放电循环次数可达13000次以上。具有效率高、寿命长、价格便宜等特点。

　　但钒液流电池其较低的能量密度，只有15-40Wh/L，甚至不如铅酸电池，导致设备体积重量大。电解液含有较浓的硫酸(2-3mol/L)来提高五价钒的溶解度和水的析氧电位，同时五价钒有一定毒性。

　　锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。具备较好的安全性和可使用的寿命，被列为其电动汽车蓄电池的长期开发目标。锂电池的种类繁多，这几年随着工业和材料的发展，电池循环寿命也大大延长，成本大大降低。国家科技部在重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项2016年度项目申报指南《100MWh级电化学储能技术（共性关键技术研发）》中明确指出，针对大规模可再生能源高比例消纳对于储能系统技术经济性、安全性、能量效率的要求，研究适用于100MWh级应用的新型锂离子电池规模储能技术。考核指标要求，锂离子电池在充放电速率0.5C以上，充放电深度在80% DOD以上时，循环寿命大于10000次，服役预期寿命大于15年，预期成本低于1500元/kWh。

　　在当今锂电池市场，受到关注较多的是磷酸铁锂电池、三元锂电池和钛酸锂电池。钛酸锂电池循环寿命最长，倍率性能好，但能量密度最低，价格高出前两者一倍以上，且只有个别厂商具备生产能力，近年产业发展状况堪忧。

　　磷酸铁锂电池、三元锂电池的生产厂商多，在国内的产业链完整，在电动汽车上应用较多，近年开始大规模渗入到电力储能领域。

　　水系钠离子电池作为一种新兴电池技术，具有成本低、循环寿命长、高度安全、环保等优势，成本下降空间大，极具发展潜力。这种电池一般以中性水溶液为电解液，通过碱金属离子在正负极的可逆脱/嵌（或吸附/脱附），实现充放电循环。整体而言，水系钠离子电池采用廉价材料，制造简单，可长期安全稳定运行，能适应多种固定式储能应用场景水系钠离子电池产业链上游主要涉及原材料，包括正极材料、负极原材料、隔膜、电解质盐等，大多数原材料较为简单，供应充足。电池材料主要是正极、负极、隔膜、集流体，进行叠片、封装、灌液后得到单体电池。下游主要是电池的集成和应用，可应用于不同储能场景，代替铅酸电池用于备用电源。

　　1）安全稳定。水系钠离子电池以中性水溶液为电解液，无酸碱的污染风险，解决了有机电解液易燃等安全性问题。较低的能量密度和能量型储能应用中较小的放电倍率，运行发热小，都提高了水系钠离子电池的安全性。按照电解质酸碱度区分，水系钠离子电池的电解液为中性溶液，因此水系钠离子电池不易燃、不易爆、不易腐蚀，不属于危险物品。相对于铅酸、铅炭等电池，水系钠离子电池具有绿色、易回收等优点，且电池的安全性大幅提升。

　　2）成本下降空间大。材料中不含贵金属，原料资源丰富，价格低廉，满足大规模生产需要。随着产能逐步扩大，产业链成熟及技术迭代，循环寿命提高，水系钠离子电池的成本有望大幅下降。

　　3）循环寿命长。水系钠离子电池有较好的循环性能，可深度循环数千次。水系钠离子电池的一致性较好，管理简单，满充满放运行时容量衰减小。以贲安能源为例，一代产品在100%DOD下循环寿命可达3500次，二代产品在实验室的循环寿命已经达到8000次。

　　4）生产简单。水系钠离子电池生产工序相对简单，对环境的氧气、水分、洁净度等要求较低，设备要求低，容易实现低成本生产工艺。

　　1）能量密度较低。水的电化学分解电压窗口在 1.23V左右，为了避免产生水的分解反应，水系钠离子电池的电压 通常在 1.5V 左右，最高电压一般不超过 2.0V。因为电压低于锂离子电池（可达 3.2-3.7V），水系钠离子电池的能量密度也低于锂电池，与铅炭电池接近。

　　2）电极材料开发难度大。为了防止水分解而发生析氢析氧等反应，正极材料的脱嵌钠离子电位要低于水的析氧电位，负极材料的脱嵌钠离子电位要高于水的析氢电位。因此，许多高电位的嵌钠正极材料和低电位的嵌钠负极材料都难以直接应用，水系钠离子电池的电极材料开发难度较大，需要技术创新。

　　3）电池体系选择难度高。与锂离子半径（0.076nm）相比，钠离子半径（0.102nm）要大很多，在电极的脱嵌反应更加困难，活性物质的比容量利用率也相对较低。在脱嵌反应时，电极材料很可能发生严重的晶格畸变，导致晶体结构遭到破坏，影响电极循环稳定性。此外许多钠基化合物在水溶液中的溶解度较大，会导致晶体结构不稳定而发生分解。这些原因都限制了电极材料的应用，选择具有良好性能的水系钠离子电池电极材料体系难度较高。

　　产业化方面，2008 年，中科院上海硅酸盐研究所开始研发水系钠离子材料，2013 年完成关键材料和电池原型的开发后，2015 年开展小规模生产和示范。贲安能源在 2017 年建成 20MWh 的生产线MWh 生产线，实现规模化生产。

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　　在当前产业化初期阶段，小规模生产的水系钠离子电池已经实现了与铅炭电池可比的度电储能成本，可替代部分铅蓄电池的应用。测算不同阶段生产成本后，可以发现水系钠离子电池成本优势明显，度电储能成本可低至0.2元/kWh。未来通过规模化生产和技术迭代，水系钠离子电池有望降低生产成本，成为一种有竞争力的大容量、低成本储能技术。

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　　在阅读此文之前，麻烦您点击一下“关注”，既方便您进行讨论和分享，又能给您带来不一样的参与感，感谢您的支持文、编辑小娄2022年12月29日这天，消失在大众视野许久的央视主持人朱军在社交平台上更新了一则内容。

　　一个佛系而又硬核的新能源行业从业者，光伏、储能、氢能、电池