2023年9月8日，法拉利研究所发布的《实现净零排放所需的电网储能规模的市场和技术评估及其对英国电池研究的影响》报告指出，英国目前正在经历一场重大的能源转型，这是由对脱碳工业、电力供应和实现净零排放的承诺推动的。在以可再生能源为主的未来能源体系下，能源供应将越来越多地取决于风能和太阳能的实力。然而，这种间歇性发电将对确保可持续和灵活的英国能源网络构成严峻挑战，因为这种电力不能直接储存，需要转换成替代能源形式才能有效储存。目前有几种技术可以将电能转化为储能系统（ESS），包括抽水蓄能、压缩空气储能、液态空气储能和电池，每种技术都能提供不同的储能时间。不同持续时间的固定储能技术的选择取决于能源系统的具体要求和特点。

报告指出，此次研究确定并评估了最适合满足英国需求的现有和未来的储能技术，并概述了对英国科学研究的影响。这项研究的重点是电化学存储技术，如锂离子电池，以及未来的技术，如钠离子和氧化还原液流电池，这些技术有可能在未来十年左右商业化并进入市场。电池储能系统（BESS）预计将主导柔性ESS市场，到2030年和2050年分别占装机容量的81%和64%。目前已经安装了2GW的锂离子BESS容量，预计到2035年，该行业的ESS容量将平均每年增长7%，到2030年将达到12GW以上，到2050年将达到21GW以上。这种增长为创新、提高能源安全、弹性和可负担性提供了机会。

报告指出，为了使英国在2050年的能源转型中取得成功，需要进一步的研究和开发，以提高成本竞争力和性能。潜在的研究领域包括：

l 硅阳极和锂阳极：硅阳极有望成为下一个重大创新，显著提高电池级能量密度和快速充电能力。研究机会存在于降低阳极前驱体成本，探索化学气相沉积(CVD)方法以提高阳极性能，以及纯硅阳极的预锂化。锂金属面临着技术挑战和成本权衡。英国的研究工作应该集中在减少材料体积的阳极上，特别强调使用CVD方法的锂金属和替代集流材料。

l 固态电解质：研究可以集中在与聚合物或硫化物配对的硅阳极上，并探索金属锂/氧化物的长期战略。硫化物和聚合物电解质有望降低成本，但由于阴极电解质凝胶的存在，氧化物电解质面临成本挑战。固态技术还需要优化硅或锂金属阳极，而更薄的隔膜可以在电池层面上显著节省成本。总的来说，固态电解质提供了更好的电化学稳定性、更长的循环寿命和电池安全性。

l 钠离子电池：虽然在商业化的早期阶段，但钠离子电池具有成本竞争力、性能平价和丰富的原料。潜在的研究领域包括通过使用新材料和优化电解质成分来提高电池性能和耐用性。此外，解决安全问题、减少环境影响、探索中长期存储应用是钠离子电池的其他潜在研究领域。

l 液流电池：目前的研究主要集中在钒流、锌流和铅/氧化铅化学上，对其他类型的液流电池的关注有限。液流电池具有可扩展性、更长的循环寿命和更长的存储时间等优点。钒是首选的化学物质，但成本和毒性仍然是值得关注的领域。探索使用不同过渡金属的替代电解质可以降低成本。建筑设计很重要，因为液流电池不是密封的单元。模块化方法允许基于需求的互换性。潜在的研究领域包括电解质尺寸，泵率，电解质存储和电极界面尺寸。

l 金属-空气电池：这种类型的电池在大规模、长时间的能源存储方面已经引起了人们的兴趣，但效率、成本和耐用性问题阻碍了其广泛应用。与其他电池技术相比，金属-空气电池的研究和发展有限，特别是对氧还原反应(ORR)材料的探索，以提高其效率。

l 电池管理系统：BMS研究，在BESS方面落后于电动汽车，可以检查电池退化预测，改进的热管理，充电/放电的实时控制系统，管理可再生能源的变化，以及预测建模。通过被动加热和消除液体冷却来开发更具成本效益的电池组热管理系统是另一个探索途径。

总之，到2050年，锂基电池和LFP化学物质预计将主导能源存储领域。钠离子电池和氧化还原液流电池在各种电网应用中表现出了良好的前景，并有望获得进一步的发展。为了在能源转型中取得成功，需要进一步研究以提高固态电解质、钠电池和液流电池等领域的成本竞争力和性能。