儲能技術是實現可再生能源高效利用的關鍵。相比傳統(tǒng)的儲能技術，移動儲能技術具有低成本和高能量轉換效率的優(yōu)點，可靈活地應用于諸多場景。本文概述了新興的可移動儲能技術（包括可充電電池、燃料電池、電化學超電容和介電電容器）的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關應用的關鍵材料、策略和技術的創(chuàng)新，并展望了未來的發(fā)展方向，旨在推動移動儲能技術的進一步發(fā)展，助力實現碳中和目標。
能源是人類文明進步的驅動力。在過去的一個世紀中，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，同時也導致了大量溫室氣體排放，從而引起極端天氣頻發(fā)。為應對這一挑戰(zhàn)，全球許多國家和地區(qū)提出了實現“碳中和”的目標，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），導致電力供應不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控，嚴重影響電網的安全穩(wěn)定。因此，通過儲能技術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鍵。
迄今為止，研究人員已經開發(fā)出多種能源儲存技術，包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、電池、燃料電池、電化學電容器、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地位，但其存在地域限制、成本巨大、能量轉換效率低、不可運輸以及對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重等缺點。飛輪和超導磁能儲能具有高功率密度的優(yōu)點，但存在超導材料成本高、能量密度低以及建立后難以移動等缺點。與這些儲能技術相比，基于電化學和電介質儲能技術等的設備具有可移動性、低成本和高能量轉換效率的優(yōu)勢，可以靈活布置，覆蓋從微型（植入式和便攜式設備）到大型系統(tǒng)（電動汽車甚至電力網系統(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換效率、高能量密度和長循環(huán)壽命，在便攜式電子產品、電動汽車甚至與電網連接的能源儲存系統(tǒng)中得到廣泛應用。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，可為離網設備提供自主電源，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、電網電力緩沖和微型電子設備等。其中，電介質電容器，具有更高功率密度，在醫(yī)療設備和電磁武器等脈沖功率設備中具有廣闊的應用前景。
就此而言，上述的可移動儲能技術應該在工業(yè)和人們日常生活中發(fā)揮更重要的作用，盡管它們大多數仍然存在挑戰(zhàn)或技術瓶頸。在此，我們概述了這些新興儲能技術的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關應用的關鍵材料、策略和技術的創(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對此類移動儲能技術的進一步發(fā)展和碳中和目標的實現有所幫助。
總結與展望
上述的可移動儲能技術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進行梯次配置是在現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電容或介電電容器可用于瞬間啟動設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，系統(tǒng)能夠利用能源回收設備在幾秒鐘內從突然制動中回收能量并高效存儲。以上泛在儲能技術的發(fā)展亟需化學、材料科學、工程科學、應用物理等跨學科領域的交叉合作，其在工程應用方面的協(xié)同技術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動力。在過去的一個世紀中，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，同時也導致了大量溫室氣體排放，從而引起極端天氣頻發(fā)。為應對這一挑戰(zhàn)，全球許多國家和地區(qū)提出了實現“碳中和”的目標，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），導致電力供應不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控，嚴重影響電網的安全穩(wěn)定。因此，通過儲能技術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鍵。
迄今為止，研究人員已經開發(fā)出多種能源儲存技術，包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪、電池、燃料電池、電化學電容器、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地位，但其存在地域限制、成本巨大、能量轉換效率低、不可運輸以及對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重等缺點。飛輪和超導磁能儲能具有高功率密度的優(yōu)點，但存在超導材料成本高、能量密度低以及建立后難以移動等缺點。與這些儲能技術相比，基于電化學和電介質儲能技術等的設備具有可移動性、低成本和高能量轉換效率的優(yōu)勢，可以靈活布置，覆蓋從微型（植入式和便攜式設備）到大型系統(tǒng)（電動汽車甚至電力網系統(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換效率、高能量密度和長循環(huán)壽命，在便攜式電子產品、電動汽車甚至與電網連接的能源儲存系統(tǒng)中得到廣泛應用。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，可為離網設備提供自主電源，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、電網電力緩沖和微型電子設備等。其中，電介質電容器，具有更高功率密度，在醫(yī)療設備和電磁武器等脈沖功率設備中具有廣闊的應用前景。
就此而言，上述的可移動儲能技術應該在工業(yè)和人們日常生活中發(fā)揮更重要的作用，盡管它們大多數仍然存在挑戰(zhàn)或技術瓶頸。在此，我們概述了這些新興儲能技術的機遇與挑戰(zhàn)，重點介紹了相關應用的關鍵材料、策略和技術的創(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對此類移動儲能技術的進一步發(fā)展和碳中和目標的實現有所幫助。
總結與展望
上述的可移動儲能技術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進行梯次配置是在現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電容或介電電容器可用于瞬間啟動設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，系統(tǒng)能夠利用能源回收設備在幾秒鐘內從突然制動中回收能量并高效存儲。以上泛在儲能技術的發(fā)展亟需化學、材料科學、工程科學、應用物理等跨學科領域的交叉合作，其在工程應用方面的協(xié)同技術突破有望迫近儲能器件的物理極限，促進碳中和。
