储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程，通常储能主要指电力储能。除电储能外，热储能及氢储能也是储能的主要内容之一。

电储能可以分为机械储能、电化学储能和电磁储能三类。机械储能又可细分为：抽水蓄能、压缩空气蓄能和飞轮蓄能等；电化学储能可细分为：锂离子电池、钠硫电池、铅蓄电池和液流电池等；电磁储能可分为：超级电容储能和超导储能。

储能技术是解决可再生能源大规模接入和弃风、弃光问题的关键技术，是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必备技术，也是解决常规电力削峰填谷、提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑技术。储能技术可提高清洁能源发电比率，进而实现非化石能源清洁高效利用，有效减少污染物的排放，对雾霾等环境问题的治理和改善人居环境将起到极大的推动作用。同时，储能技术的发展关系到能源、交通、电力等多个重要行业的发展，尤其在当今能源枯竭日益加剧、能源消费供求不平衡的大环境下，储能能够突破传统能源模式时间与空间的限制，其重要作用日益凸显，已成为主要发达国家竞相发展的战略性新兴产业。
（1）机械储能

① 抽水蓄能

抽水蓄能是目前唯一大规模运用于电力系统的储能技术。其工作原理可以概括为：负荷低谷时，将水从低位水库抽到高位水库储能；负荷高峰时，将高位水库中的水回流下水库推动水轮发电机发电（水轮发电机组）。它是将电能转换为水的位能进行存储，负荷高峰时再反之进行发电。电站通常包括下水库、电动抽水泵/水轮发电机组和上水库三个主要部分，其电气设备与常规电站基本相同。

抽水蓄能具有规模大、能量储存集中，技术成熟；负荷响应速度快，调节能力好；成本低、寿命长等优点，其效率一般可达到65%~75%，最高可达80%~85%。该技术存在启动速度慢、建设周期长；受地理环境和土木工程技术制约大等缺点。

② 压缩空气蓄能

压缩空气蓄能指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。

该技术具备有调峰功能，适合用于大规模风场（因为风能产生的机械功可以直接驱动压缩机旋转，减少了中间转换成电的环节，从而提高效率）；占地面积小、容量大、成本低等优点。同时存在的缺点包括：需要大的洞穴以存储压缩空气，与地理条件密切相关，适合地点非常有限；需要燃气轮机配合，并要一定量的燃气作燃料，适合于用作能量管理、负荷调平和削峰；以往开发的是一种非绝热（diabatic）的压缩空气储能技术，空气在压缩时所释放的热，并没有储存起来，通过冷却消散了，而压缩的空气在进入透平前还需要再加热。因此全过程效率较低，通常低于50%。

③ 飞轮蓄能

飞轮蓄能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要时利用飞轮带动发电机发电的储能方式。具有寿命长（15~30 年）、效率高、维护少、稳定性好、功率密度较高、响应速度快（毫秒级）等优点，存在能量释放时间段，只可持续几秒至几分钟；由于轴承的磨损和空气的阻力，具有一定的自放电；成本高；存在噪声污染等缺点。

（2）电化学储能

电化学储能电站通过化学反应进行电池正负极的充电和放电，实现能量转换。传统电池技术以铅酸电池为代表，由于其对环境危害较大，已逐渐被锂离子、钠硫等性能更高、更安全环保的电池所替代。电化学储能的响应速度较快，基本不受外部条件干扰，但投资成本高、使用寿命有限，且单体容量有限。随着技术手段的不断发展，电化学储能正越来越广泛地应用到各个领域，尤其是电动汽车和电力系统中。

目前，电化学储能行业已初步形成产业规模，2020 年装机规模约2494.7 兆瓦，预计到2025 年累计装机量有望达到27154.6 兆瓦，实现61.2%年复合增长率的规模增长。
① 锂离子电池

锂电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解液进入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态。放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解液嵌入正极，此时正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂电池是目前相对成熟技术路线中能量密度最高的实用型电池；转换效率可达到95%及以上；一次放电时间可达数小时；循环次数可达5000 次及以上，响应快速。

锂电池根据不同的正极材料，主要可以细分为四类：钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和多元金属复合氧化物电池，多元金属复合氧化物包括三元材料镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等。

钴酸锂电池自从锂离子电池商业化以来，一直作为正极材料的主流被应用。由于钴酸锂在高电压下存在结构不稳定的问题，进而导致钴酸锂主要应用于小电池场合，如移动电话、计算机等。

早期的锰酸锂电池，在高温下与电解液的相容性较差，结构不稳定，导致容量衰减过快，因此高温循环差的缺点一直限制着锰酸锂在锂离子电池中的应用。近年来，掺杂技术的运用使锰酸锂具有良好的高温循环与储存性能，目前已有少量国内企业可以制备。

磷酸铁锂电池具有结构稳定性和热稳定性高、常温循环性能优异等特点，并且铁和磷的资源丰富，对环境友好，近年来国内广泛选择磷酸铁锂电池应用于新能源汽车领域，特别是商用车领域。

三元材料电池受锰酸锂等单质材料掺杂技术的启发，综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，形成了钴酸锂/镍酸锂/锰酸锂三相的共熔体系，存在明显的三元协同效应，使综合性能优于单组合化合物。随着生产技术工艺的进步，三元材料电池迅速在新能源汽车领域，特别是乘用车领域占据了重要位置，成为目前政府补贴支持力度最大、出货量最大，并不断扩产的技术路线。

总之，锂电池凭借自身高能量密度和高功率密度的优势，成为目前主流的技术路线，在我国储能中的装机容量占比最大，增长幅度也最快，已成为发展最快的电化学储能技术。

② 钠硫电池

钠硫电池的正极由液态硫组成，负极由液态钠组成，中间隔有陶瓷材料的贝塔氧化铝管。钠硫电池的运行温度需保持在300℃以上，以使电极处于熔融状态。钠硫电池目前发展的重点是作为固定场合（如电站储能）应用，用于调频、移峰、改善电能质量和可再生能源发电等领域。

钠硫电池的主要优点是能量密度高，响应时间短，可以达到毫秒级别；循环周期可达4500 次；一次放电时间可达6~7h；周期往返效率可达约75%。

钠硫电池主要缺点为由于使用了金属钠，作为在高温条件下运行的易燃金属物，存在一定的安全风险，同时电池的价格相对较高；钠硫电池在移动场合（如电动汽车）使用条件比较苛刻，无论是在可提供的空间方面，还是在电池自身的安全方面，均有一定的局限性。

③ 铅蓄电池

铅蓄电池是世界上最广泛应用的电池之一。

铅蓄电池储能具有成本较低，储能综合效率较高，占地面积较小，循环次数较好，整体应用成本较为低廉；技术成熟，安全性较高；循环次数可达1000 次左右；效率可达80%～90%，性价比高等优点；同时具有能量密度较低；寿命较短；深度、快速、大功率放电时可用容量大幅下降等不足之处。目前，铅蓄电池一般主要用于电力系统的事故电源或备用电源，以及汽车起动电源和低速车动力电源领域。

④ 液流电池

在液流电池中，能量储存在溶解于液态电解质的电活性物中，而液态电解质则储存在电池外部的罐中。用泵将储存在罐中的电解质打入电池堆栈，并通过电极和薄膜，将电能转换为化学能，或将化学能转换为电能。

液流电池的核心优点是寿命长，循环次数可超过 10000 次。液流电池的充放电原理是基于化合价的变化，而非普通电池的物理变化， 因此其使用寿命极长。但是另一方面，液流电池的能量密度和功率密度相对较低，而且响应速度较慢。

液流电池储存的能量多少取决于储存罐的大小，容量可达兆瓦级，可以储存长达数小时至数天的能量，适合用于电力系统中。目前液流电池的典型功率在10MW 以上，只适用于大容量、高功率的储能系统。

（3）电磁储能

① 超级电容储能

超级电容器由2 个多孔电极、隔膜及电解质组成。电容器依靠电子的迁移携带能量，超级电容器按原理可以分为双电层电容器和赝电容器。目前，双电层电容器的技术更为成熟，在市场上已经逐步推广，所以现在市场上所说的超级电容器一般都是指双电层电容器。超级电容器在结构上包括正极、负极和电解液。电极材料的制备是超级电容器的核心环节，正极材料一般包括碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料，负极材料以已经实现商业化的石墨为主，
电解液有水性电解液和有机电解液。

超级电容器用途广泛。超级电容器用作起重装臵的电力平衡电源，可以提供超大电流的电力。超级电容器用车辆起动电源，起动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池。超级电容器用作车辆的牵引能源，可以驱动电动汽车，替代传统的内燃机，改造现有的无轨电车。超级电容器用在军事上，可以保证坦克车、装甲车等战车在寒冷的冬季顺利起动，并可作为激光武器的脉冲能源。超级电容器还可以用作其它机电设备的储能能源。

② 超导电磁储能

超导磁储能的概念最早来源于充放电时间很短的脉冲能量储存，利用超导体电阻为零的特性， 通过超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或其他负载。储能装臵结构简单，没有旋转机械部件和动密封问题，因此设备寿命较长；储能密度高，可达100MJ/m3，适合做成较大功率的系统；响应速度快，一般为1~100ms，调节电压和频率快速且方便。功率输送时不需要能源形式的转换，具有响应速度快、综合效率高和功率密度高等优点。超导磁储能系统包括超导线圈、低温系统、功率调节系统和监控系统四大部分。超导磁储能技术的成熟度主要取决于超导材料技术的成熟度，根据不同的工作温度，可分为低温超导材料、高温超导材料和室温超导材料。超导磁储能的缺点在于受限于价格昂贵的超导材料和低温制冷系统，短期内难以商业化。

原标题：储能的分类及电化学储能电池的特点分类