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中國網/中國發展門戶網訊 “雙碳”目標的實現，離不開可再生能源的大規模裝機應用；但是，由于可再生能源發電也存在諸多弊端，如受自然環境影響存在著間歇性、波動性和隨機性等特點，對電力系統的調峰能力要求更加靈活，電壓、電流等電能質量面臨更大挑戰。由于先進的儲能技術不僅能夠平抑能源的波動，還能提升能源消納能力，進而備受各界關注。在“雙碳”目標的有力驅動下，從長遠來看，新能源取代化石能源是必然趨勢。為了構建和提升新能源消納和存儲體系，科學界和工業界便推動了儲能技術的發展和規模化應用。
儲能技術在促進能源生產消費、推動能源革命等方面舉足輕重，甚至成為繼石油、天然氣之后能夠改變全球能源格局的重要技術；因此，大力發展儲能技術對于提高能源利用效率和可持續發展具有積極意義。在當前全球能源結構轉型的背景下，汽車零件進口商儲能技術的國際競爭十分激烈；儲能技術涉及領域較多，突破每種儲能技術瓶頸，掌握引領能源科技的核心至關重要。因此，全面了解和掌握儲能技術發展動態是有效應對復雜國際競爭形勢的前提，有利于進一步加強優勢，彌補不足。
專利作為技術創新的重要信息載體，它能夠直接反Audi零件映出儲能技術目前的研究熱點，以及未來的熱點方向和地位。文章主要基于對世界知識產權組織門戶網站“WIPO IP Portal”（https://ipportal.wipo.int/）公開授權專利的調研，主要分析對象為儲能技術專利數量排名世界前8位的國家——美國（USA）、中國（CHN）、法國（FRA）、英國（GBR）、俄羅斯（RUS）、日本（JPN）、德國（GER）、印度（IND）；以每個儲能技術名稱為主題詞，對這8個國家的研究人員或所屬機構發表專利數量情況進行統計。需要說明的是，在進行專利的統計時Benz零件，國別的劃分均是以作者通信地址確定；多個國家作者合作完成的成果，均認定為各自國家的成果。此外，本文通過對近3—5年中國境內已授權專利重點分析，整理提煉中國目前常見的儲能技術及其未來發展態勢，以供全面了解儲能技術發展動態。
儲能技術簡介與分類
儲能技術是指以設備或介質為容器存儲能量，并在不同的時間空間釋放能量的技術。不同場景和需求會選擇不同的儲能系統，根據能量轉換方式和儲能原理可分為五大類：
電氣式儲能，包括超級電容器、超導磁儲能。
機械式儲能，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能。
化學式儲能，包括純化學儲能（燃料電池、金屬空氣電池）、電化學儲能（鉛酸、鎳氫、鋰離子等常規電池，以及鋅溴、全釩氧化還原等液流電池）、熱化學儲能（太陽能儲氫、太陽能解離-重組氨氣或甲烷）。
熱能式儲能，包括顯熱儲熱、潛熱儲熱、含水層儲能、液態空氣儲能。
氫能，一種來源廣泛、能量密度高、可規模化儲存的環保低碳二次能源。
專藍寶堅尼零件利發表情況分析
中國儲能技術相關專利發表情況分析
截至2022年8月，中國境內申請的儲能技術相關專利已達15萬項以上。其中，僅鋰離子電池49168項（占比32%）、燃料電池38179項（占比25%）、氫能26734項（占比18%）3類就已占中國儲能技術專利總數的75%；結合目前實際情況，這3類技術無論是基礎研發還是商業化應用，中國都處于領先地位。抽水蓄能11780項（占比8%）、鉛酸電池8455項（占比6%）、液態空氣儲能6555項（占比4%）、金屬空氣電Skoda零件池3378項（占比2%）4類占專利總數的20%；盡管金屬空氣電池時間上起步較鋰離子電池等較晚，但是目前技術較成熟，已趨向于商業化應用。壓縮空氣儲能2574項（占比2%）、飛輪儲能1637項（占比1%），以及其他儲能技術相關專利均不足1500項（達不到1%），這些技術多以實驗室研究為主（圖1）。
世界儲能技術相關專利發表情況分析
截至2022年8月，全球申請的儲能技術相關專利已達36萬項以上。其中，僅燃料電池166081項（占比45%）、鋰離子電池81213項（占比22%）、氫能54881項（占比15%）3類就已占全球儲能技術專利總數的82%；結合目前應用情況，這3類技術均處于商業化應用階段，主要是中國、美國、日本處于領先地位。此外，鉛酸電池17278項（占比5%VW零件）、抽水蓄能16119項（占比4%）、液態空氣儲能7633項（占比2%）、金屬空氣電池7080項（占比2%）4類占專利總數的13%，也是目前較成熟的技術，多個國家已趨向于商業化應用。壓縮空氣儲能42賓利零件84項（占比1%）、飛輪儲能3101項（占比1%）、潛熱儲熱4761項（占比1%）3項或是未來主要研究的方向。其他儲能技術相關專利達不到1%，多以實驗室研究為主（圖2）。從專利數量上看，化學式儲能要比物理式儲能占比更大，對應著化學式儲能目前研究更廣、發展更快。
本文統計了世界主要國家儲能技術的累計專利發表情況：橫向上，不同國家在每一項儲能技術上的專利數量對比；縱向上，同一國家在不同儲能技術上的專利數量對比（表1）。在大部分儲能技術上，中國在專利數量上都處于領先地位，這側面說明中國在這些儲能技術上也處于世界前沿地位；然而，仍然有一些儲能技術是中國處于劣勢的。電氣式儲能方面，美國在超級電容器技術方面較為領先；化學式儲能方面，日本在燃料電池技術方面較為領先，中國處于第2位，美國處于第3位；熱能式儲能方面，日本在潛熱儲熱技術方面領先，中國緊隨其后，美國第3位，這或許與日本獨特的地理環境和地質背景息息相關。需要注意，中國雖然在含水層儲能方面看似領先，實則和其他國家一樣都處于實驗室研發的起步階段（圖3）。可以明確的是，中國在鋰離子電池、氫能、抽水蓄能、鉛酸電池等儲能技術方面處于領先的地位。
儲能技術前沿研究方向
文章通過對世界知識產權組織公開授權專利的調研結果進行分析近3年中國儲能技術相關專利的高頻詞及相應專利內容，總結并提煉中國儲能技術前沿研究方向。
電氣式儲能
超級電容器
超級電容器的主要組成部分有雙電極、電解液、隔膜、集流體等。在電極材料與電解液接觸面上，電荷發生分離和轉移，故而電極材料決定并影響著超級電容器的性能。主攻技術方向主要體現在2個方面。
方向1：導電基膜的配方。由于導電基膜作為涂抹在集流體上的第一層電極材料，它和粘合劑的配方工藝影響超級電容器的成本、性能、使用壽命，同時也可能影響環境污染等；這是關系到電極材料規模化生產的核心技術。
方向2：電極材料的選擇和制備。不同電極材料的結構和組分也會導致超級電容器具備不同的容量、壽命等，主要為碳材料、導電高分子、金屬氧化物，如：副品紅堿@高比表面石墨烯復合材料、不含金屬離子的金屬有機聚合物、氧化釕（RuO2）金屬氧化物/氫氧化物和導電聚合物。
超導磁儲能
超導臺北汽車零件磁儲能的主要組成部分有超導磁體、功率調節系統、監控系統等。磁體的載流能力決定了超導磁儲能的性能。主攻技術方向主要體現在4個方面。
方向1：適用于電壓等級高的變流器。作為超導磁儲能的核心，變流器的核心作用是實現超導磁體與電網的能量變換。電壓等級較低時可用單相斬波器，電壓等級較高時可用中點鉗位型單相斬波器，但這種斬波器存在著結構控制邏輯復雜和擴展性差等缺點，而且易產生中點電位漂移；當超導磁體與電網側電壓相近時，極易損壞超導磁體。
方向2：耐高溫超導儲能磁體。常規高溫磁體載流能力較差，增大電感、帶材用量、制冷成本等才能增加其儲Porsche零件能量；將超導儲能線圈改用類準各向性導體（Like‑QIS）螺旋纏繞是目前的一臺北汽車材料種研究方向。
方向3：降低儲能磁體制作成本。多以使用氧化釔鋇銅（YBCO）磁體材料為主，但其價格昂貴。采用混合磁體，如在磁場較高處使用YBCO帶材，磁場較低處使用二硼化鎂（MgB2）帶材，可以顯著降低制作成本，有利于儲能磁體大型化。
方向4：超導儲能系統控制。以往的變流器在執行指令時沒有兼顧自身安全狀態、可響應能力及溫升檢測，存在巨大的安全風險。
機械式儲能
抽水蓄能
抽水蓄能的核心即動能和勢能的轉化，作為技術最成熟和裝機最多的儲能，已經不再局限于常規發電應用，逐步向城市建設融入。主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：適用于地下的定位裝置。運維關系著已建成的電廠日常運作，現有的全球定位系統（GPS）無法準確地對水工樞紐工程和地下廠房硐室群定位；開發適用于抽水蓄能電廠的定位裝置刻不容緩，特別是在融合5G通信技術背景下。
方向2：融入零碳建筑功能系統設計。由于風能、光能等可再生能源發電的隨機性，為了穩定地實現近零碳排放，基于風光水氫一體化的建筑功能系統概念被提出，以盡量實現能源利用率的最大化并減少能源浪費。
方向3：分布式抽水蓄能電站。海綿城市能夠有效應對雨水頻發，但建設的難點在于如何在短時間內將流入地下的雨水疏通、儲存并利用，建設服務于分布式抽水蓄能電站可以解決這一問題。
壓縮空氣儲能
壓縮空氣儲能主要由氣體存儲空間、電動機和發電機等構成，氣體存儲空間規模的大小牽制著該技術的發展，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：地下廢棄空間壓縮空氣儲能。主要集中在地下保時捷零件鹽穴，可用鹽穴資源受限遠遠不能滿足大規模儲氣庫的需求，利用地下廢棄空間作為氣體存儲空間可以很好地解決這一問題。
方向2：快速響應的光熱壓縮空氣儲能。目前的技術存在3個問題：采用的大壓比準絕熱壓縮方法，缺陷是壓縮過程功耗增大，限制了系統效率的提高；常規系統汽車空氣芯采用單一電儲能工作模式，一定程度上限制了可再生能源的消納途徑；大型機械設備都存在升溫速率限制，即不能短時間達到額定溫度和負荷，系統響應時間增加。快速響應的光熱壓縮空氣儲能技術能徹底解決這些問題。
方向3：低成本儲氣裝置。目前所用的高壓儲氣罐一般采用厚鋼板卷板再進行焊接，材料和人工成本昂貴且鋼板焊接縫有破裂的風險。地下鹽穴存儲很大程度上受限于地理位置和鹽穴狀態，不能小型化推廣以實現終端用戶的商業化應用。
飛輪儲能
飛輪儲能主要由飛輪、電動機和發電機等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：渦輪直驅飛輪儲能。這一儲能裝置，能解決在偏遠地點傳統的電力驅動受供電條件限制，以及裝置體積大、重量沉、難以實現輕量化的問題。
方向2：飛輪儲能系統中的永磁轉油氣分離器改良版子。高速永磁同步電機轉子和同軸連接構成儲能飛輪，提高轉速會提高能量儲存密度，也會導致電機轉子產生過大離心力而危害安全運行；需要永磁轉子在高轉速下轉子結構穩定，且轉子內部永磁體溫升不會過高。
方向3：融入其他電站建設協同調頻。輔助參與建設抽水蓄能調峰、調頻電站；對城市供電系統中的冗余電能進行調節，緩解市電電網的供電壓力；協同火力發電機組調頻控制，以實現動態工況下飛輪儲能系統出力的自適應調整；與風力發電等新能源場站協同視作整體，提升風儲運行靈活性與調頻的可靠性。
化學式儲能
純化學儲能
燃料電池
燃料電池主要由陽極、陰極、氫氣、氧氣、催化劑等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：氫燃料電池發電系統。目前的氫燃料電池發電系統存在諸多問題，如：汽車材料報價以氫燃料電池為發電系統的新能源車只有一個儲氫罐供氣的問題，沒有替代儲氫罐；由于沒有大規模普及，一旦損壞就會影響使用。燃料電池內的催化劑德系車材料對于溫度有一定要求，在寒冷地區難以滿足時，會存在導致性能下降等問題。
方向2：氫燃料電池低溫適用性。低溫環境會影響氫燃料電池反應性能進而影響啟動，且反應過程會生成水，低溫會結冰，導致電池被破壞，需要適用于北方具有防凍功能的氫燃料電池。
方向3：燃料電池電堆及系統。燃料電池電堆在工作時排放的氫氣如果直接排放到大氣或密閉空間都會產生安全隱患。燃料電池電堆的輸出功率受限于活性區面積與電堆節數，難以滿足固定式發電用大功率系統的動力需求。
金屬空氣電池
金屬空氣電池主要由金屬正極、多孔陰極和堿性電解液等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：良好的正極反應固體催化劑。鉑炭（Pt/C）或鉑（Pt）合金貴金屬催化劑在地殼中的儲量低，開采成本高，目標產物選擇性較差；而氧化物催化劑電子轉移速率低，導致其正極反應活性差，阻礙了其在金屬空氣電池中大規模應用。用光熱耦合雙功能催化劑以降低極化程度，將目前被廣泛研究的鈣鈦礦鎳酸鑭（LaNiO3）用于鎂空氣電池研究，能解決這一問題。
方向2：提高金屬空氣電池負極穩定性。在金屬空氣電池放電結束間歇期，如何對金屬負極上的電解液和副產物殘留進行處理以清洗金屬空氣電池，或為負極表面增加疏水保護層以減少對金屬負極的腐蝕和反應活性影響，已成為當前亟待解決的問題。
方向3：混合有機電解液。鈉氧電池（SOB）及鉀氧電池（KOB）反應產物為超氧化物，可逆性很高；通過高供體數有機溶劑和低供體數有機溶劑的協同，使2種有機溶劑的優勢互補，提高超氧化物金屬空氣電池的性能。
電化學儲能
鉛酸電池
鉛酸電池主要由鉛及氧化物、電解液等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：正極鉛膏制備。鉛酸電池正極活性物質二氧化鉛（PbO2）導電性較差、孔率低，通常在和膏時加入大量含碳類組分導電劑以期改善其性能，但正極的強氧化性會將其氧化成二氧化碳，導致電池使用壽命縮短。加入何種導電劑能夠提高鉛酸電池的循環穩定性是一項重要研究課題。
方向2：負極鉛膏制備。鉛酸電池負極多采用鉛粉和碳粉混合，二者密度差較大，很難得到均勻混合的負極漿料，這樣碳材料與硫酸鉛之間的接觸面積依然較小，影響鉛碳電池的性能。
方向3：電極板柵制備。鉛酸電池電極板柵主要材料是純鉛或者鉛錫鈣合金等；在制備鉛基復合材料時，熔融鉛具有高表面能，與其他元素或者材料不相親，導致板柵中材料分布不均勻，進而導致板柵的機械性能差、導電性差。
鎳氫電池
鎳氫電池主要由鎳和儲氫合金等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：負極用V基儲氫合金制備。目前主要使用AB5型儲氫合金，一般含有鐠（Pr）、釹（Nd）、鈷（Co）等昂貴的原材料；而釩（V）基固溶體儲氫合金是第三代新型儲氫材料，如Ti-V-Cr合金（釩合金）具有儲氫容量大、生產成本較低等優點。如何制備具備高電化學容量、高循環汽車零件貿易商穩定與高倍率放電性能的V基儲氫合金，是需要深入研究的問題。
方向2：鎳氫電池模組成型一體化。如果模組采用大單體的電池模塊進行組合形成大的供電體，一旦一個大單體出現問題，也會影響其他電池組。鎳氫電池發生故障多以發熱、發燙為主，這種情況下無法短時間阻止電池出現爆燃。
方向3：生產高壓鎳氫電池。高壓鎳氫電池通過單電芯內部串聯的方汽車機油芯式提高電壓；由于是以電池組式的生產，使得其內阻大，散熱效果不足，容易產生高溫或爆炸，目前生產方式制作昂貴，體積大，成本很高BMW零件。
鋰離子電池/鈉離子電池
鋰礦資源日漸匱乏，且鋰離子電池危險系數較高，由于鈉儲量豐富、成本低廉，且分布廣泛，鈉離子電池被認為是一種極具競爭力的儲能技術。鋰離子電池主攻技術方向主要體現在1個方面。
方向1：高鎳三元正極材料制備。層狀高鎳斯柯達零件三元正極材料具有高容量和倍率性能及更低的成本，受到廣泛關注。鎳含量越高，可進行充電比容量越大，但是穩定性較低。需要提高層狀結構的穩定性，才能改善三元正極材料的循環穩定性。
鈉離子電池主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：正極材料制備。與鋰離子電池層狀金屬氧化物正極材料不同，賓士零件制備比容量高、循環壽命長、功率密度大的鈉離子電池正極材料，并適合于大規模生產及應用是主要難點。如：高容量氧變價鈉離子電池正極材料Na0.75Li0.2Mn0.7Me0.1O2。
方向2：負極材料制備。同樣，目前商業化很成熟的鋰離子電池石墨負極并不汽車零件報價適用于鈉離子電池，石墨烯作為負極材料，只水洗一次不能將雜質洗干凈；普通石墨烯負極材料質量較差，容易氧化。
方向3：電解液制備。電解液影響電池的循環、倍率性能等，電解液中的添加劑是提升性能的關鍵。開發能提高鈉離子電池性能的電解液添加劑是近幾年的研究熱點。
鋅溴電池
鋅溴電池主要由正負極儲罐、隔膜、雙極板等構成，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：無隔膜靜態鋅溴電池。傳統的鋅溴液流電池中，存在正極活性面積低、鋅箔負極不穩定等問題，且需采用循環泵來驅動電池中電解液的循環汽車冷氣芯流動，以降低電池能量密度。隔膜的使用會使電池系統成本增加，影響電池循環壽命。水系鋅溴（Zn‑Br2）電池就屬于無隔膜靜態，具有廉價、無污染、高安全性和高穩定性等特點，被視為下一代最具潛力汽車材料的大規模儲能技術。
方向2：隔膜與電解液恢復劑。無論是傳統鋅溴液流電池還是現在的鋅溴靜態電池的工作電壓（低于2.0 V）和能量密度受限于隔膜和電解液的技術依然存在較大不足，這限制了鋅溴電池的進一步推廣應用。設計分隔負極與隔膜的隔離框解決負極碳氈與隔膜之間產生大量的鋅而引發的諸多問題，或在電池性能下降后在電解液中添加恢復劑等。
全釩氧化還原電池
全釩氧化還原電池主要由不同價態V離子正負極電解液、電極和離子交換膜等構成，主攻技術方向德系車零件主要體現在1個方面。
方向1：電極材料的制備。聚丙烯腈碳氈是當前全釩氧化還原電池使用最普遍的電極材料，對電解液流動汽車零件產生的壓力較小，有利于活性物質的傳導，但由于其具有較差的電化學性能而制約了大規模商業化應用。對聚丙烯腈碳氈電極材料進行改性可以克服其缺陷，包括金屬離子摻雜改性、非金屬元素摻雜改性等。將電極材料浸沒在三氧化二鉍（Bi2O3）溶液中，高溫煅燒改性；或福斯零件加入N,N-二甲基甲酰胺再處理等，都會表現出更好的電化學性能。
熱化學儲能
熱化學主要是利用儲熱材料能夠發生可逆化學反應進行能量存儲與釋放，主攻技術方向主要體現在3個方面。
方向1：水合鹽熱化學吸附材料。水合鹽熱化學吸附材料是一種常用的熱化學儲熱材料，具有環保、安全和低成本等優勢；但目前使用時存在速率慢、反應不均勻、膨脹結塊和導熱性能低等問題，影響傳熱性能，進而限制商業化應用。
方向2：金屬氧化物儲熱材料。金屬氧化物體系材料，如Co3O4（四氧化三鈷）/CoO（氧化亞鈷）、MnO2（二氧化錳）/Mn2O3（三氧化二錳）、CuO TC:osder9follow7
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