作者：Steven Shackell
电池技术可以追溯到 2000 年前。巴格达电池（又称帕提亚电池）于 20 世纪 30 年代在现代伊拉克被发现，它由一个粘土罐、一个铜圆筒和一根铁棒组成，当与醋等电解质溶液配对时，它们很可能充当电极。虽然一些研究人员仍在争论它的用途，但它可能是最早的储能系统之一。
我们仍在努力完善这项技术，争先恐后地开发从板级电池到巨型电网级水力发电的高效长期储能技术。本文探讨了各种应用中的储能突破和现代电池系统。
板级储能
小型电池储能系统
电池为大多数现代便携式电子设备提供动力。锂“纽扣”电池，如 BeStar Technologies 公司生产的 CR2032，是手表、小型电灯、计算器、车库门开启器、汽车钥匙扣、计步器和许多其他小型电子设备的主要能源。小型电池种类繁多，外形各异。CR2032 等常见规格的电池可存储约 230mAh 的能量。
锂离子电池是小型能源存储的主要产品，占小型电子产品市场份额的 34% 以上。与铅酸、碱性和镍氢电池技术相比，锂离子电池的优势包括功率密度更高、重量更轻、寿命更长以及对温度的敏感性有限。
电容器储能
超级电容器是一种较新的储能设备，目前用于需要快速储存和释放能量的应用领域。由于超级电容器能以相对较低的电压和较高的电容存储大量能量，因此与电池存储相比，超级电容器具有若干优势。
超级电容器的使用寿命比电池长很多。典型的锂离子电池可循环使用 500 到 10,000 次，而超级电容器可承受 100,000 到 100 万次循环。超级电容器（如 NEDL 系列中的超级电容器）的充电速度比类似容量的电池系统快近一千倍。遗憾的是，超级电容器每天会因自放电而损失多达 20% 的电量，因此不是长期储能系统的理想选择。
电网级储能系统
存储大量能量（超过 1 千瓦时）需要专用系统，这些系统的大小和容量差别很大。以下是几个电网级储能系统的例子，这些系统可提供长期和短期的大规模储能。
住宅电池储能
住宅电池储能系统可能是电网级储能系统中最常见的形式，可用作住宅的备用能源。特斯拉 Powerwall 和 LG Chem RESU 等设备通常与太阳能电池板组件搭配使用，以收集多余的能源供后续使用。
虽然锂离子电池技术用于 34% 的小型电子设备，但根据 EESI 的数据，它占大型电池储能系统技术的 90% 以上。锂离子技术应用广泛，影响深远，2019 年诺贝尔化学奖授予了 John B. Goodenough、Stanley Whittingham 和 Akira Yoshino，以表彰他们对锂离子技术的贡献。锂离子电池储能系统可储存高达 100MWs 的电力，功率密度为 200-400 Wh/升，效率高达 95%。
热能储存
利用温度（熵）储存能量的热能储存装置有多种类型，包括熔盐、冰储存系统、热水箱和含水层热能储存 (ATES) 系统。在许多情况下，多余的热量被储存在导热材料中，然后回收用于发电。
例如，熔盐储能 (MSES) 设施在商业应用中用于短期储能。在 MSES 中，熔盐被加热到超过 1000 摄氏度并储存在绝缘容器中。当需要能源时，用泵将冷水抽过熔盐，产生蒸汽，然后通过涡轮机发电。这些系统一般可储存高达 150 兆瓦的能量，能量密度为 70-210 Wh/升，效率高达 90%。
压缩空气储能系统
压力也可用于储存势能。压缩空气储能系统 (CAES) 利用电力将空气泵入地下深处可维持高压的密封孔中。然后，这些高压空气可被加热并通过空气涡轮机发电。
CAES 系统的一个优势是可用于中长期储能系统。目前全球仅有几个 CAES 系统，但其储能能力巨大，从 110 兆瓦到 315 兆瓦不等，效率高达 70%。在美国、加拿大、中国、澳大利亚、德国和欧洲其他地区，还计划建造更多的 CAES 系统。理论上，较小规模的 CAES 系统可用于住宅用途，但这些系统尚未进入市场。
抽水蓄能水电
目前容量最大的储能形式是抽水蓄能水电 (PSH)。这些大型储能电站利用重力储存电力。PSH 系统的工作原理是通过电泵将水从低处抽到高处储存起来。需要用电时，通过涡轮机将水放回低处的水池，从而产生电力，这与水电大坝的工作原理非常相似。
字幕：立陶宛 Kruonis 抽水蓄能电站
抽水蓄能水电储能系统的规模各不相同。例如，位于西澳大利亚 Walpole 的新 PSH 设施可储存 1.5 兆瓦的电力：足够 500 户家庭使用两天。与此同时，地球上最大的 PSH 储能系统位于弗吉尼亚州巴斯县，可产生超过 3,000 兆瓦的电力，总储电量达 24,000 兆瓦时。这相当于 347 亿个 CR2032 锂离子电池的储能。
PSH 系统是当代使用的最大储能系统。然而，它们的能量密度却是所有储能解决方案中最低的，每升仅为 0.2 到 2 瓦时（锂电池的 1/200）。在普通锂电池中储存相同的能量，所需的总面积是 PSH 系统的 200 倍。尽管需要一定的面积，但 PSH 系统的效率仍可达到 85%。
现代储能系统
如今，储能技术种类繁多。无论这些系统依靠的是压力、重力、化学势、热势还是电容，它们的目的都是一样的：稳定和供应各种规模的电力需求。从便携式电子设备等小型板级应用，到实现可再生能源集成的大型电网级系统，每一种技术都代表着现代能源存储解决方案。虽然最常见的应用是锂离子电池储能系统，但随着追求更高效、更具成本效益和环保意识的解决方案，这一领域也在不断发展。
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