近800篇引文、100张图！陈维/崔屹最新Chem. Rev.综述！

研究表明，不断增长的全球能源消耗推动了可再生能源技术的发展，以减少温室气体排放和空气污染。具有高电化学性能的电池储能系统（BESS）对于实现可再生但间歇性能源（如太阳能和风能）至关重要。近年来，已经实现了许多新的电池技术，并在电网规模储能（GSES）应用中显示出巨大的潜力。然而，由于在实验室取得的突破与工业应用之间的差距，它们的实际应用受到了很大的阻碍。此外，各种复杂的应用需要不同的电池性能。为了促进实用的储能研究成果，需要将各种电池与各种应用相匹配。

在此，中国科学技术大学陈维教授联合美国斯坦福大学崔屹教授等人对GSES的电池研究领域提供了深入的讨论和综合考虑。通过生成GSES标准和措施，系统分析了电池技术对关键参数的实际应用总体要求。同时，还讨论了一些对GSES很有前景的代表性电池技术的最新进展和现有挑战，包括金属离子电池、铅酸电池、熔盐电池、碱性电池、氧化还原液流电池、金属空气电池和氢-气体电池。此外，作者还强调将新兴电池技术从学术界引入工业界的重要性，提供了用于GSES应用的电池未来发展的看法。

相关论文以“Rechargeable Batteries for Grid Scale Energy Storage”为题发表在Chem. Rev.。

图文解析

1. 全球电力现状及未来发展趋势

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图1. 全球电力生产用电/生产现状及未来发展趋势

在过去十年中，全球电力消耗以3.5%的惊人速度、，2018年达到22000 TWh 以上，其发电量已超过25000 TWh。目前，煤炭是最大的不可再生能源，占发电量的38%，其次是天然气（23%）和石油（3%）。相比之下，可再生能源在水电（17%）、风能（5%）和太阳能（2%）中所占比例相当小（图 1a）。其中，化石燃料的不均匀地理分布是阻碍未来可持续发电的主要障碍之一。自1859年铅酸电池（LAB）发明，以及1880年代其并入电网以来，用于电网规模储能（GSES）的各种类型的EESS一直在不断研究。显然，具有高度灵活和宽能量存储范围的可充电电池在短期、中期和长期存储应用中具有实用性。

2. 电网规模储能电池技术通用指南

图2. 先进BESS在不同技术方面的发展方向

最近几年，衍生出许多新颖的电池设计，以弥补电池技术的不足。实用性、潜力、新挑战、发展现状等需要准确评估和跟踪，本综述总结了大量具有代表性的电池技术，并评估了它们的实用性和创新潜力，以为电池界对GSES技术的开发和应用带来一些重要指导。作者分别以金属离子电池（MIB）、铅酸电池（LAB）、熔盐电池（MSB）、碱性电池（ABs）、氧化还原液流电池（RFBs）、金属-空气电池（MABs）和氢气电池（HGBs）的前沿研究和最新进展为目标展开了一系列总结（具体见原文第3章~第10章）。

3. 电池储能技术比较及潜力

图3. 各种BESS的成熟度和关键性能参数比较总结

根据研发的成熟度，电池技术一般可分为三类，如图3a所示：（1）成熟技术，包括LIBs、LABs、Ni-MH电池、Pb-C电池、MSBs、 VRFB等；（2）在研技术，包括SIBs、ZIBs、ZBBs、ICBs、Ni-H₂电池、Zn-空气电池、固态LIBs等；（3）新兴技术，包括ALIBs、有机RFBs、非水RFBs、半固态RFBs、Ni-Zn 电池、PIBs、MgIBs、AIBs、Mg-air 电池、Al-air 电池、HGBs 等。图3b显示了电池技术的一些关键性能参数的总结和比较。很明显，LIBs在便携式电子产品和动力电池系统市场中占据主导地位。尽管锂资源和有机电解质的可燃性有限，但随着严格的GSES成本的下降和性能的持续改进，使得锂离子系统在固定式储能应用中备受追捧。高安全性的固态LIB、资源丰富的SIB、高安全性、低成本的ZIB，在目前的技术水平上，仍处于开发阶段。

此外，最先进的HGB，如先进的Ni-H₂和Mn-H₂电池，在先前报道的BESS 中提供了优异的电化学性能。在这方面，在电极上发生的高效和快速的 HER/HOR反应对于商业上可行、安全、低成本和长寿命的氢基BESS非常有希望。对于其他HGB，迫切需要通过开发高效电极、电池管理系统以及高活性和地球含量丰富的HER/HOR催化剂来进一步提高性能。

4. 电网规模电池系统的未来发展

图4. BESS从基础研究到各种应用的发展模式

目前，还没有一种理想的电池技术可以满足GSES的所有综合要求。这需要开展突破性研究以解决电池的关键性能问题，并使其新颖的设计适用于GSES。尽管担心锂储量减少和安全性差，LIBs一直是BESS领域历史上最成功的技术之一。考虑到钠储量丰富，SIBs在GSES领域仍有待补充甚至替代LIBs的潜力。在储能设备的安全性和成本效益方面，VRFB和HGB技术在全球产业化方面具有尚未开发的潜力。

目前，当务之急是投入巨资进行研发，研发出满足固定和移动储能需求并确保长期回报的尖端电池技术。在这方面，政府通过建立工业设施和确保简化能源实践提供财政、物质和后勤支持，在BESS研究和示范项目中发挥着关键作用。据推测，对于寻求提高电网灵活性和最大化可再生资源馈入的国家来说，增加对 VRE的倾向是关键的经济驱动力。最重要的一点是，投资机构和领先的制造企业也有望倾力为 GSES 开发更好的电池技术。

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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