鋰電池的優勢在于：

①具有較高的能量密度，磷酸鐵鋰電池的單體能量密度最高可達到210Wh/kg,三元電池的單體能量密度則突破了300Wh/kg；

②充放電快，適合用于儲能電站的調峰、調頻；

③能量轉化效率高，可達到80~90%；

④響應時間快速；

⑤循環壽命已經實現萬次突破(衰減斜率預測結果)，寧德時代設計的福建晉江儲能電站預計能夠實現電池單體12000次的長壽命循環。

鋰離子電池在商業化使用過程中也面臨著很多突出問題：

①使用過程中存在安全隱患，無論是作為動力電池還是儲能電池，鋰離子電池爆炸或著火的現象頻發；

②鋰資源的儲量有限。鋰資源在地殼中的含量僅占0.0065%，目前的鋰資源無法支撐未來汽車電氣化和電化學儲能產業的蓬勃發展。

2.鈉離子電池

鈉離子電池作為一種二次電池，與鋰離子電池的工作原理類似，依靠鈉離子在正負極之間來回穿梭工作，因而鈉離子電池同鋰離子電池一樣被稱作“搖椅式電池”。由于鈉離子半徑(0.102nm)比鋰離子(0.076nm)大，對正負極材料的配位數、晶格常數、晶體結構等會產生比較大影響，在電極材料的選擇上需要注意。

常見的鈉離子電池正極材料包括：層狀氧化物、隧道型氧化物、普魯士藍類化合物、聚陰離子型化合物。負極材料包括：硬碳等碳基材料、鈦基嵌入型材料、有機類負極材料及合金及轉化類負極材料。

與鋰離子電池相比，鈉離子電池最大的特點是：

①鈉資源豐富，全球的鈉含量為2.75%，遠高于鋰(0.0065%)；

②成本低。鈉離子電池的電極原材料和集流體(正負極均可使用鋁)的成本低，使得鈉離子電池的理論制造成本為0.55元/Wh，隨著產能的擴大和工藝的改進，其電芯成本有望降至0.2~0.3元/Wh，遠低于鋰離子電池、高溫鈉硫電池和全釩液流電池的制造成本；

③安全性好。對比鋰離子電池，鈉離子電池充放電過程中安全性更高，高低溫性能保持率高，在－20℃下使用仍然有90%的容量保持。

鈉離子電池和鋰離子電池的技術和生產制造路線相似，能夠很好地借鑒當前鋰離子電池的生產制造工藝，容量較高(略低于磷酸鐵鋰電池)，鈉資源儲量豐富，是未來極具有發展潛力和市場價值的電池技術。

目前以寧德時代、中科海鈉為代表的電池公司均聚焦于鈉離子電池技術研發。在未來鈉離子電池有望部分替代鋰離子電池，應用于低速交通、儲能電站中。

3.高溫鈉硫電池

高溫鈉硫電池作為一種重要的儲能技術，適用于大規模固定式儲能，目前裝機量占全球電化學儲能市場的3.6%，主要技術由日本NGK公司掌握，國內上海電氣鈉硫儲能技術公司和東方電氣集團公司也有一定的技術儲備。然而其安全問題一直倍受關注，成為制約其產業大規模發展的關鍵要素。

高溫鈉硫電池的優勢在于：

①資源豐富(鈉和硫的儲量豐富)；

②充放電壽命長；

③能量密度高，在大規模發電側儲能領域具有商業化和可持續發展潛力。

但高溫鈉硫電池工作溫度過高 (300~350℃)，存在嚴重的安全隱患，限制了其大規模產業發展。目前高溫鈉硫電池的生產制造集中主要集中日本，由于其安全性問題沒有得到有效解決，在全球范圍內尚未產生規模化效應。

4.全釩液流電池

全釩液流電池(VRB)通過不同價態的釩離子相互轉化實現電能的儲存與釋放，電解液是水相體系，是唯一使用同種元素組成的水系電池系統。與傳統二次電池不同，全釩液流電池反應過程不涉及相變，其工作原理圖如圖4所示，正極存儲V5+/V4+的硫酸水溶液，負極存儲V3+/V2+的硫酸水溶液。

圖4全釩液流電池的的結構和工作原理示意圖

通過磁力泵將電解液從儲罐輸送到電堆中，不同價態的釩離子組分會在電極表面發生氧化還原反應，完成電化學反應后再由磁力泵輸送回儲罐中。充電過程，正極的V4+轉變為V5+，負極的V3+轉變為V2+，同時釋放出H+，放電過程與之相反。其電極反應機理如下式(1)：

(1)因此其容量取決于所使用的電解液濃度和體積，其功率由電池的電極面積和數量決定。

全釩液流電池具有以下的優勢：

①安全環保。全釩液流電池的活性物質是含有釩離子的稀硫酸水溶液，無有機物質，電池故障時不易發生爆炸和燃燒；同時釩電解液也可以循環利用；

②循環壽命長。電池充放電循環次數在15000次以上，使用壽命在15~20年，高于鋰離子電池；

③能量轉換效率高，充放電特性好；

④可深度放電(100%充放電)，能耐受大電流充放，適合大電流快速充放電；通過更換電解液能實現電池的“即時充電”，具備快速響應的特性；

⑤儲能容量大，儲能容量為數百千瓦時至數百兆瓦時，適合大容量固定儲能。

全釩液流電池的突出問題是：

①制造成本過高，依據大連融科公司統計，釩液流電池的制造成本在4000元/kWh左右，阻礙釩電池的推廣普及；

②體積龐大、不易搬運，相同儲能容量下，全釩液流電池沉重、龐大，不易搬運，不適宜用于電動汽車等便捷式交通設備，只能應用于大規模固定儲能；

③對環境溫度要求苛刻，全釩液流電池的工作溫度在0~45℃，不適合在極端環境中使用；⑤正極極板易報廢，壽命不超過兩年，維修成本高；

⑥比能量低，難以進一步提高。釩電池的質量比能量僅是鋰電或高溫鈉硫電池的1/3~1/2。

不同電池特性總結

電化學儲能應用場景高度依賴于電池的技術特性，針對于上述幾種常見的電池技術，分別分析了其成本、性能及潛在應用場景，總結在下表1中。

作為新興產業，儲能正處于政策積極引導、技術不斷迭代、市場逐漸成熟的階段，面臨著多重機遇和挑戰。一方面，儲能是構建靈活電源的關鍵，在新型電力系統和“雙碳”目標下將迎來重大發展；另一方面，目前儲能電池技術在成本、安全性、性能、標準體系建設等方面還有待進一步提升。

未來幾年，電化學儲能技術仍然將以鋰離子電池為主。隨著鋰資源的逐步消耗，鈉離子電池的低成本、安全性和豐富存量等特征日益凸顯，性能不斷優化，未來鈉離子電池在儲能領域會迎來更大的發展。

此外，隨著大電網對于長時儲能的需求逐步顯現，具有超長壽命的液流電池等新型長時儲能技術也將在特定領域中發揮其重要價值。電池技術不斷進步、應用場景不斷豐富，未來儲能電池技術必將進入百花齊放的多元發展時代，要能夠充分發揮儲能市場對資源的調配作用，使各種電池技術依據特點統籌發展。