儲能技術(shù)是實現(xiàn)可再生能源高效利用的關(guān)鍵。相比傳統(tǒng)的儲能技術(shù)，移動儲能技術(shù)具有低成本和高能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)點，可靈活地應(yīng)用于諸多場景。本文概述了新興的可移動儲能技術(shù)（包括可充電電池、燃料電池、電化學(xué)超電容和介電電容器）的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵材料、策略和技術(shù)的創(chuàng)新，并展望了未來的發(fā)展方向，旨在推動移動儲能技術(shù)的進一步發(fā)展，助力實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
能源是人類文明進步的驅(qū)動力。在過去的一個世紀(jì)中，傳統(tǒng)化石能源的消耗急劇增長，這不僅引起了傳統(tǒng)化石能源的危機，同時也導(dǎo)致了大量溫室氣體排放，從而引起極端天氣頻發(fā)。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，全球許多國家和地區(qū)提出了實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，大力發(fā)展和使用可再生能源迫在眉睫（圖2A）。然而，受晝夜交替、季節(jié)變化、地域差異等因素影響，可再生能源具有間歇性和和地域分布不均的特點（圖2B），導(dǎo)致電力供應(yīng)不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。因此，通過儲能技術(shù)存儲多余能源并在時空重新分配后再利用是高效利用可再生能源的關(guān)鍵。
迄今為止，研究人員已經(jīng)開發(fā)出多種能源儲存技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、電池、燃料電池、電化學(xué)電容器、傳統(tǒng)電容器等（圖2C）。其中，抽水蓄能和壓縮空氣儲能目前在全球儲能中占主導(dǎo)地位，但其存在地域限制、成本巨大、能量轉(zhuǎn)換效率低、不可運輸以及對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重等缺點。飛輪和超導(dǎo)磁能儲能具有高功率密度的優(yōu)點，但存在超導(dǎo)材料成本高、能量密度低以及建立后難以移動等缺點。與這些儲能技術(shù)相比，基于電化學(xué)和電介質(zhì)儲能技術(shù)等的設(shè)備具有可移動性、低成本和高能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢，可以靈活布置，覆蓋從微型（植入式和便攜式設(shè)備）到大型系統(tǒng)（電動汽車甚至電力網(wǎng)系統(tǒng)）以及從高能量密度到高功率密度的廣泛范圍（圖2D）。例如，可充電電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率、高能量密度和長循環(huán)壽命，在便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車甚至與電網(wǎng)連接的能源儲存系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。燃料電池，尤其是氫燃料電池，作為一種清潔能源，具有更高的能量密度，可為離網(wǎng)設(shè)備提供自主電源，如行駛里程長且需要快速補充燃料的車輛。電容器以其高功率密度和快速充放電能力而聞名，適用于需要快速釋放能量和高功率輸出的場景，如輔助啟動系統(tǒng)、能量回收的電動制動系統(tǒng)、混合動力電動汽車、電網(wǎng)電力緩沖和微型電子設(shè)備等。其中，電介質(zhì)電容器，具有更高功率密度，在醫(yī)療設(shè)備和電磁武器等脈沖功率設(shè)備中具有廣闊的應(yīng)用前景。
就此而言，上述的可移動儲能技術(shù)應(yīng)該在工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮更重要的作用，盡管它們大多數(shù)仍然存在挑戰(zhàn)或技術(shù)瓶頸。在此，我們概述了這些新興儲能技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵材料、策略和技術(shù)的創(chuàng)新，最后，展望了未來的發(fā)展方向，希望這篇簡短的綜述能夠?qū)Υ祟愐苿觾δ芗夹g(shù)的進一步發(fā)展和碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)有所幫助。
總結(jié)與展望
上述的可移動儲能技術(shù)覆蓋了從微型到大型系統(tǒng)以及從高能量密度到高功率密度的廣泛范圍，為滿足各種復(fù)雜場景的能源需求，將工作在不同頻率范圍、不同容量的儲能技術(shù)進行梯次配置是在現(xiàn)有功率電路平臺上高效工作的一種有效可行的解決方案。以電動汽車為例，高功率密度的電化學(xué)電容或介電電容器可用于瞬間啟動設(shè)備或為快速加速提供動力；而高能量密度的燃料電池或電化學(xué)電池可以提供穩(wěn)定的續(xù)航能力。此外，通過梯級配置儲能技術(shù)，系統(tǒng)能夠利用能源回收設(shè)備在幾秒鐘內(nèi)從突然制動中回收能量并高效存儲。以上泛在儲能技術(shù)的發(fā)展亟需化學(xué)、材料科學(xué)、工程科學(xué)、應(yīng)用物理等跨學(xué)科領(lǐng)域的交叉合作，其在工程應(yīng)用方面的協(xié)同技術(shù)突破有望迫近儲能器件的物理極限，促進碳中和。
能源是人類文明進步的驅(qū)動力。在過去的一個世紀(jì)中，傳統(tǒng)化石能源的消耗急劇增長，這不僅引起了傳統(tǒng)化石能源的危機，同時也導(dǎo)致了大量溫室氣體排放，從而引起極端天氣頻發(fā)。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，全球許多國家和地區(qū)提出了實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)，大力發(fā)展和使用可再生能源迫在眉睫（圖2A）。然而，受晝夜交替、季節(jié)變化、地域差異等因素影響，可再生能源具有間歇性和和地域分布不均的特點（圖2B），導(dǎo)致電力供應(yīng)不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。因此，通過儲能技術(shù)存儲多余能源并在時空重新分配后再利用是高效利用可再生能源的關(guān)鍵。
迄今為止，研究人員已經(jīng)開發(fā)出多種能源儲存技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、電池、燃料電池、電化學(xué)電容器、傳統(tǒng)電容器等（圖2C）。其中，抽水蓄能和壓縮空氣儲能目前在全球儲能中占主導(dǎo)地位，但其存在地域限制、成本巨大、能量轉(zhuǎn)換效率低、不可運輸以及對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重等缺點。飛輪和超導(dǎo)磁能儲能具有高功率密度的優(yōu)點，但存在超導(dǎo)材料成本高、能量密度低以及建立后難以移動等缺點。與這些儲能技術(shù)相比，基于電化學(xué)和電介質(zhì)儲能技術(shù)等的設(shè)備具有可移動性、低成本和高能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)勢，可以靈活布置，覆蓋從微型（植入式和便攜式設(shè)備）到大型系統(tǒng)（電動汽車甚至電力網(wǎng)系統(tǒng)）以及從高能量密度到高功率密度的廣泛范圍（圖2D）。例如，可充電電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率、高能量密度和長循環(huán)壽命，在便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車甚至與電網(wǎng)連接的能源儲存系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。燃料電池，尤其是氫燃料電池，作為一種清潔能源，具有更高的能量密度，可為離網(wǎng)設(shè)備提供自主電源，如行駛里程長且需要快速補充燃料的車輛。電容器以其高功率密度和快速充放電能力而聞名，適用于需要快速釋放能量和高功率輸出的場景，如輔助啟動系統(tǒng)、能量回收的電動制動系統(tǒng)、混合動力電動汽車、電網(wǎng)電力緩沖和微型電子設(shè)備等。其中，電介質(zhì)電容器，具有更高功率密度，在醫(yī)療設(shè)備和電磁武器等脈沖功率設(shè)備中具有廣闊的應(yīng)用前景。
就此而言，上述的可移動儲能技術(shù)應(yīng)該在工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮更重要的作用，盡管它們大多數(shù)仍然存在挑戰(zhàn)或技術(shù)瓶頸。在此，我們概述了這些新興儲能技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵材料、策略和技術(shù)的創(chuàng)新，最后，展望了未來的發(fā)展方向，希望這篇簡短的綜述能夠?qū)Υ祟愐苿觾δ芗夹g(shù)的進一步發(fā)展和碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)有所幫助。
總結(jié)與展望
上述的可移動儲能技術(shù)覆蓋了從微型到大型系統(tǒng)以及從高能量密度到高功率密度的廣泛范圍，為滿足各種復(fù)雜場景的能源需求，將工作在不同頻率范圍、不同容量的儲能技術(shù)進行梯次配置是在現(xiàn)有功率電路平臺上高效工作的一種有效可行的解決方案。以電動汽車為例，高功率密度的電化學(xué)電容或介電電容器可用于瞬間啟動設(shè)備或為快速加速提供動力；而高能量密度的燃料電池或電化學(xué)電池可以提供穩(wěn)定的續(xù)航能力。此外，通過梯級配置儲能技術(shù)，系統(tǒng)能夠利用能源回收設(shè)備在幾秒鐘內(nèi)從突然制動中回收能量并高效存儲。以上泛在儲能技術(shù)的發(fā)展亟需化學(xué)、材料科學(xué)、工程科學(xué)、應(yīng)用物理等跨學(xué)科領(lǐng)域的交叉合作，其在工程應(yīng)用方面的協(xié)同技術(shù)突破有望迫近儲能器件的物理極限，促進碳中和。
