隨著新能源技術的發展，電池儲能技術逐漸登上了歷史舞臺。早在1840年前後，Grove就提出了氫氧燃料電池的概念，至今仍是研究的熱點。
為實現“高安全性、低成本、長壽命、環境友好”的目標，各類電池儲能技術如鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池、鉛蓄電池等在基礎研究層面不斷創新和突破，本節主要簡述近幾年各類電池儲能技術的研究進展。
1鋰離子電池
鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，鋰離子從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處於富鋰狀態；放電時則相反。
鋰離子電池根據應用場景可以分為3 C電池、動力電池和儲能電池。3 C電池一般為小型圓柱或方形卷繞結構，容量小於5 A
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h；
動力電池一般用於電動汽車等大功率要求場合，特點是高比能量、高比功率、長壽命、低成本；儲能電池一般用於通訊基站、電網、微電網等場合，更注重高安全性、低成本、長壽命。傳統鋰離子電池採用非水電解液，能量密度高，大量研究學者對其進行了系統的綜述，此處不再贅述。然而，傳統鋰離子電池也存在著安全性差、成本高等問題，水系鋰離子電池使用水溶液替代有機溶劑，由於更安全可靠逐漸得到人們的關注。
水系鋰離子電池正極材料主要分為4種：鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、磷酸鐵鋰和三元材料。鋰錳氧化合物具有尖晶石結構，理論比容量可達148 mA
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h/g，資源豐富，成本低，是目前應用最為廣泛的正極材料。常見的負極材料主要為礬氧型化合物、聚陰離子型化合物和其他如矽、錫等非金屬材料等。由於釩氧型化合物存在容量低、迴圈效能差和倍率效能低等問題，聚陰離子型化合物（如磷酸鈦鋰）受到眾多研究者的關注。目前，基於water-in-salt電解液體系的電極材料的探究已取得了一些進展［17］，但遠不如傳統鋰離子電池豐富，仍需進一步的最佳化。
固體電解質介面（solid electrolyte interface，SEI）對於鋰離子電池的迴圈過程至關重要。在傳統水系鋰離子電池中是無法形成SEI膜的，電池迴圈效能差。但在“water in salt”電解液中首次觀測到SEI，由理論計算和分子動力學模擬結果得知，高濃度的LiTFSI形成了大量聚合離子對從而使得陰離子的還原電位升高，使得該陰離子有機會在高於產氫電位的條件下分解還原成LiF從而覆蓋在負極表面，從熱力學及動力學兩個方面拓寬了水溶液的電化學視窗，抑制了析氫現象的發生。
此外，作為支撐活性材料和收集電流的載體，集流器是可充電金屬離子電池的重要組成部分。其中，金屬網（如不鏽鋼網和鈦網）被廣泛應用於RAIB。然而，在充/放電迴圈期間，水的電解、水性電解質的腐蝕性，都會影響集流體和水性離子電池的長迴圈壽命。因此，一方面要探索新型防腐集電器，另一方面可構造表面保護層。
2液流電池
液流電池主要由電堆和兩個電解液儲罐構成。通常，電解液由泵從儲罐送到電堆內部，流經電極發生氧化還原反應，在這裡化學能被轉換成電能（放電），反之亦然（充電）。
圖6。 （a）全鐵液流電池；（b）鋅碘液流電池；（c）鹼性有機液流電池；（d）聚偏二氟乙烯/石墨烯複合奈米多孔膜；（e）鋅鐵液流電池；（f）全液體有機液流電池
在陽極室和陰極室之間是隔膜，可選擇性地允許非活性物質（如H+、Cl-）的交叉運輸，以保持電中性和電解質平衡。液流電池的功率密度由電極的大小和電堆中的電池數量決定，而能量密度由電解質的濃度和體積等性質決定。
因此，液流電池可實現功率密度和能量密度的獨立設計，這種特性使液流電池具有豐富的應用場景。如全釩液流電池，技術成熟，已發展至商業化階段，具備能量效率高（>80%）、迴圈壽命長（>200000次迴圈）、安全性好，可模組化設計、功率密度高等特性，適用於大中型儲能場景。
近年來，低成本、高能量密度液流電池愈來愈受關注，一方面彌補了傳統全釩液流電池的短板，另一方面也有利於推動液流電池在5G、人工智慧等特殊場景的應用。
降低成本一般從兩個方面進行。①電解液。使用鐵、錳、鋅等地殼中含量豐富的金屬作為電解液活性成分。②隔膜。選取複合膜、陰離子交換膜等低成本隔膜。
液流電池在產業化方面已經起步，目前在新能源加液流電池儲能、城市儲能電站和儲能調頻等場景均實現了應用。儲能本體技術有望在近期上一個臺階。
首先，電堆技術近期實現了功率密度的大幅提升，國家能源集團北京低碳清潔能源研究院等單位，已經將全釩液流電池電堆功率密度提升到200 mW/cm2以上，較目前的商業化產品提高1。0～1。2倍，有效提高核心材料的利用率，降低電池成本。
其次，清華大學等單位將釩電解液的工作溫度提升至50 ℃，實現了儲能系統的風冷，降低了系統的複雜度和硬體投資成本。
另外，國電投中央研究院製備了新型Fe/Cr液流電池大功率電堆，如果進一步實驗成功，將大幅降低液流電池儲能成本。
3鈉硫電池
鈉基電池，屬於熔鹽電池，是一類使用熔融鹽作為電極和/或電解質的電化學儲能裝置，目前主要包括鈉硫（Na-S）電池和鈉金屬鹵化物（ZEBRA）電池。這兩類電池的陽極均為熔融鹽鈉，而陰極分別為熔融硫和固體金屬鹵化物，固體電解質為β-氧化鋁。圖7為鈉基電池的工作原理示意圖［。為了保持熔鹽處於熔融狀態，促進反應動力學，熔鹽電池的工作溫度相對較高（>300 ℃）。
圖 7。 鈉基電池的工作原理
目前，以日本NGK為首的產業公司在日本、美國、阿聯酋等國家實施建設了多個鈉硫電池儲能專案。然而，2011年9月，NGK設置於日本茨城縣三菱材料筑波制所內的鈉硫電池由於電池頂部高溫熔融體發生了洩露引發火災，持續兩週之久。這次事故引發了人們對於鈉硫電池的高溫帶來的電池材料耐久性、成本和安全問題的擔憂，影響了其進一步的發展。
4鉛蓄電池
鉛蓄電池主要包括鉛酸電池和鉛炭電池。鉛酸電池是一種以鉛化合物和金屬鉛分別作為正極和負極材料，硫酸溶液作為電解液的蓄電池。鉛酸電池原料豐富、製造工藝成熟、價格低廉、效能安全可靠，已應用在通訊、交通、電力等多個領域。
圖8。 超級電池的示意圖
然而，在大型儲能和電動汽車應用中，鉛酸電池在高倍率部分荷電狀態（HRPSOC）下的迴圈使用會造成負極不可逆硫酸鹽化，大大縮短了鉛酸電池的使用壽命。鉛炭電池是將超級電容器的活性炭電極材料應用到傳統鉛酸電池上而形成的一種新型電池，如圖8所示的混合型超級電池，負極是由兩塊平行的鉛和炭電極構成，相比傳統鉛酸電池，壽命可提升一個數量級甚至更多。
近年來，國內外學者對鉛炭電池的研發投入了大量的精力，目前用於鉛炭電池的碳材料主要有炭黑、活性炭、石墨纖維、石墨烯、碳奈米管等，並對其做了不同程度的改性。
相較其他電池儲能技術，鉛蓄電池憑藉著低廉的成本和高度成熟的產業水平已經在混合動力電動汽車、可再生能源接入、削峰填谷和智慧微電網等領域得到應用，相信隨著鉛炭電池的逐漸成熟，該項儲能技術必將成為理想儲能技術的選擇之一。
總結
總體來說，現有的電池儲能技術各有優勢，但同時滿足4個指標尚有差距，為實現“高安全性、低成本、長壽命、環境友好”的總體目標仍需大量研究工作。從新能源市場對儲能技術的迫切需求角度考慮，在一定時期內，多種技術路線並存會成為當前儲能市場發展的基本形態。