主流储能电池种类梳理及发展前景展望

目前的储能技术可以分为两大板块：一是物理储能，主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等方式；另一个板块则是电化学储能，也就是我们通常熟知的电池储能方式。

电化学储能技术的发展历程（见下图）最早起于1800年的Volta电池和1836年的Daniell电池（也称为锌铜电池）。随后，铅酸电池（1882年）、镍氢电池（1970年）和锂电池（1990年）不断涌现，实现商业化应用。

电化学储能技术的发展历程（图源：汤匀等，《下一代电化学储能技术国际发展态势分析》）

锂离子电池

锂离子电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快、产业链完整等优点，是最近几年发展最快的电化学储能技术，占据了电池储能的近9成装机份额，技术路线上主要为磷酸铁锂（LFP）和三元锂（NCM和NCA）。

全球储能用锂电池占比趋势（图源：台湾工研院，《储能用电池市场发展与未来趋势》）

随着政策对新型储能支持力度加大、电力市场商业化机制建立、储能商业模式清晰、锂离子电池成本的持续下降，储能锂离子电池市场正式进入加速发展期。全球主要的锂离子电池储能生产商来自日本（松下）、韩国（三星SDI、LG Chem）、美国（特斯拉）和中国（宁德时代、比亚迪、力神等）。

虽然锂离子电池市场份额最大，但其使用有机电解液，高度易燃，有热失控的危险，在大规模应用过程中会出现安全、可靠性等问题。2022年6月，国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，提出“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池”。这项政策的实施，为磷酸铁锂、钛酸锂等非三元系电池打开了新的发展空间。

钠离子电池

目前，钠离子电池已逐步开始了从实验室走向实用化应用的阶段，国内外已有30多家企业，包括钠离子电池“三大家”--英国的Faradion、法国Tiamat、我国的中科海钠，还有美国的Natron、日本岸田化学等，正在进行钠离子电池产业化的相关布局，并取得了重要进展。

钠离子电池储能电站（图片来源： 中科院物理所  ）

作为中国首家钠离子电池企业，中科海钠公司依托中国科学院物理所的优势科研力量，已率先实现钠离子电池在电动自行车、低速电动车和储能电站上的示范应用。2019年在江苏溧阳建成并示范运行了全球首座100kWh钠离子电池储能电站；2021年与华阳新材料合作的全球首套1MWh钠离子电池光储充智能微网系统在山西太原成功投入运行；2021年12月中旬，中科海钠与三峡集团及阜阳市人民政府达成合作，共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线，该产线规划产能5GWh，分两期建设，一期1GWh计划于2022年正式投产。

除中科海纳外，宁德时代、欣旺达、鹏辉能源、钠创新能源等国内电池企业也纷纷入局，与容百科技、格林美等多家锂电池材料企业同步展开钠离子电池材料的研发和产业化探索。

液流电池

液流电池通过电解液内离子的价态变化实现电能存储和释放。其功率和容量可独立设计、结构灵活、安全性高、储能规模大、效率高、寿命长、生命周期的性价比高等特点，使其在大规模储能领域具有良好的应用前景。根据活性物质种类不同，液流电池目前主要为全钒液流电池、锌基液流电池等。

全钒液流电池结构示意图（图源：罗丽娟等，《综合能源服务用钒电池储能》）

• 全钒液流电池

全钒液流电池具有系统配置灵活、寿命长、可深充深放及环保安全等独特的优势，成为近年来规模化储能的热点。目前大功率的全钒液流储能系统已日渐成熟并投入使用。随着容量规模的扩大、集成技术的日益成熟，钒电池储能成本进一步降低，在综合能源服务中具有广阔的应用前景。研究机构EVTank近日发布的《中国钒电池行业发展白皮书（2022年）》显示，2022年国内大量的钒电池储能项目开工建设，预计全年新增装机量将达到0.6GW；2025年钒电池新增规模将达到2.3GW；2030年新增规模将达到4.5GW，届时，钒电池储能项目累计装机量将达到24GW。

• 锌基液流电池

锌基液流电池以金属锌为负极活性组分，具有储能活性物质来源广泛、价格便宜、能量密度高等优势，在分布式储能领域极具应用价值和竞争优势。其中锌溴液流电池、锌镍液流电池、锌铁液流电池等多种类型的锌基液流电池，在过去的五十年里得到了广泛的研究，显示出了良好的实际应用前景。

锌溴液流电池生产企业主要有澳大利亚的Redflow、美国的ZBB和Primus Power、韩国的乐天化学，以及中国的安徽美能和百能汇通等公司。锌铁液流电池的生产企业主要有美国的ViZn公司、中国的中国电建集团江西省电力建设有限公司。2022年大连化物所成功开发出10kW/30kWh用户侧锌溴液流电池系统（见下图）。该系统的成功开发，将进一步推动用户侧新型锌基液流电池的发展与产业化应用，对于推动锌基液流电池可持续发展具有重要意义。

中国科学院大连化学物理研究所开发的锌溴液流电池系统，（a）30kWh；（b）10kW（图源：郑琼等，《碳达峰、碳中和背景下储能技术研究进展与发展建议》）

铅蓄电池

铅蓄电池的特点是技术成熟、成本低、安全可靠，但是放电功率较低、寿命较短。铅蓄电池主要包括铅酸电池和铅炭电池，目前的研发主要集中于铅炭电池。《2022储能产业应用研究报告》统计数据显示，2021年，我国锂离子电池储能装机规模中，铅蓄电池（包含铅炭电池）功率规模占比仅为5.5%。随着新的电化学储能技术的快速发展，尤其是锂离子电池的应用，铅蓄电池将面临很大的挑战。

• 铅酸电池

铅酸电池由于具有生产原材料丰富、制造工艺成熟、维护成本低、性能稳定和安全可靠等优点而得到广泛应用，但是也存在质量比能量低、自放电高、使用寿命短、重金属污染等缺点。

• 铅炭电池

铅炭电池可理解为铅酸电池的升级版，通过在负极添加高活性的碳材料，可以有效抑制部分荷电态下因负极硫酸盐化引起的容量快速衰减，并可以提高电池的快速充放电能力。前些年，铅炭电池在储能领域已有多个项目案例，比如，浙江舟山东福山岛风光柴储能电站、新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程、南方电网光储一体化柴储能电站等。不过，铅炭电池在经过几年的快速发展后目前趋于沉寂，目前铅炭电池市场规模还相对较小，但安全性高、回收率高的特点使其在场地要求不高、有较长的充放电工作周期等场合仍然是有竞争力的储能技术。

钠硫电池

钠硫电池在19世纪60年代由福特公司首先开发，以其资源优势、可长时放电、宽的环境适应温度范围以及较高的能量和体积密度等优势，近些年在包括美国、中国、韩国、瑞士等国家得到应用研究和推广。

(a，b) 上硅所开发的30A·h和650 A·h钠硫单体电池及其循环性能（图源：胡英瑛等，《储能钠硫电池的工程化研究进展与展望》）

然而，钠硫电池在应用过程中可能发生失效，钠硫电池储能电站也可能产生损坏，安全隐患在一定程度上制约了它的商业化发展。基于此，在上述《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》中，它同三元锂一起，被关了小黑屋。

小结与展望

2021年，中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展。这一年，中国机构和学者发表SCI论文11949篇，居世界第一位，且遥遥领先于第二位美国，中国已经成为全球储能技术基础研究最活跃的国家。在关键技术和集成示范方面，各主要储能技术也均取得重要进展。

展望未来，中国储能有望保持规模化发展的良好态势。在国家双碳战略的持续推动下，储能政策将继续向好。中国储能技术领域将有望继续“加速跑”，基础研究将继续保持国际最活跃国家地位。锂离子电池、液流电池、钠离子电池等多种化学储能技术将快速发展，储能领域将迎来快速发展的新机遇。

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