新型储能技术创新路线图

2022年2月，国家发展和改革委员会、国家能源局正式印发《“十四五”新型储能发展实施方案》，新型储能上升到国家战略。新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，也是催生能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。研究探索和推广新型储能技术将在能源结构调整、能源利用效率提升、电力系统优化、新兴产业发展、环境保护以及应对气候变化等领域产生重大意义。 为推动新型储能规模化、产业化高质量发展，在主编孙学良院士的带领下，汇集有研（广东）新材料技术研究院、广东新型储能国家研究院有限公司、清华大学深圳国际研究生院、广东省大汽联科技有限公司、广东省科学技术情报研究所、南方科技大学、北京理工大学、华南理工大学、中山大学、工业和信息化部电子第五研究所、佛山仙湖实验室、深圳大学、深圳市清新电源研究院、中国科学院广州能源研究所等十几家单位的近百位专家历时一年编制《新型储能技术创新路线图》。 该路线图是各储能领域专家及其团队的研究积累和总结，覆盖了电化学储能、机械储能、电磁储能、储热（冷）和氢储能等各种新型储能技术。路线图编制了现阶段至2030年新型储能技术关键指标，并描绘了未来发展技术路线图，对政府、企业、科研机构等相关领域人员有很高的参考价值。

《新型储能技术创新路线图》是各储能领域专家及其团队的研究积累和总结，编制了现阶段至2030年新型储能技术关键指标，并描绘了未来发展技术路线图。本书内容明确了新型储能的定义和边界，介绍了全球新型储能产业的发展共识，强调了新型储能技术在电力系统中的重要性，提出了新型储能技术发展的重大意义，包括保障能源安全、推进绿色转型、培育支柱产业、建立全球优势、打造中国名片等方面。此外，还全面概括了电化学储能、机械储能、电磁储能、储热（冷）和氢储能等新型储能技术发展和工程化应用，并对能源电子技术、储能系统集成技术及电化学储能电站安全技术进行了全面的总结。 《新型储能技术创新路线图》对政府、企业、科研机构等相关领域人员有很高的参考价值，对促进新型储能技术的创新和发展，推动我国能源产业结构升级，打造新的经济增长点具有重要的作用，本书将为我国新型储能技术的发展提供关键指导和参考。

目录 序 前言 第1章  概述 1.1  基本概念2 1.1.1  定义与边界2 1.1.2  路线图的目的与范围6 1.2  产业链构成9 1.2.1  产业链总体情况9 1.2.2  锂离子电池产业链9 1.3  技术链构成11 1.4  电化学储能电站构成18 1.4.1  系统构成18 1.4.2  关键技术20 1.4.3  核心设备及组件22 1.5  发展历程24 1.5.1  人类社会中的储能24 1.5.2  电力系统中的储能27 1.6  产业科技发展背景与现状31 1.7  产业科技发展重大意义39 1.8  技术创新愿景与目标41 1.8.1  发展愿景41 1.8.2  发展目标42 1.9  趋势研判44 第2章  电化学储能 2.1  锂离子电池48 2.1.1  技术分析49 2.1.1.1  正极材料50 2.1.1.2  负极材料55 2.1.1.3  电解液65 2.1.1.4  隔膜71 2.1.1.5  集流体75 2.1.1.6  粘结剂78 2.1.2  技术创新路线图81 2.1.3  技术创新需求83 2.2  钠离子电池84 2.2.1  技术分析84 2.2.1.1  正极材料85 2.2.1.2  负极材料93 2.2.1.3  电解液95 2.2.2  技术创新路线图99 2.2.3  技术创新需求99 2.3  固态电池101 2.3.1  技术分析103 2.3.1.1  聚合物固态电池103 2.3.1.2  氧化物固态电池106 2.3.1.3  硫化物固态电池108 2.3.1.4  卤化物固态电池112 2.3.2  技术创新路线图113 2.3.3  技术创新需求115 2.4  液流电池116 2.4.1  技术分析117 2.4.1.1  全钒液流电池117 2.4.1.2  铁铬液流电池130 2.4.1.3  锌系液流电池133 2.4.1.4  其他液流电池137 2.4.2  技术创新路线图140 2.4.3  技术创新需求142 2.5  铅炭电池142 2.5.1  技术分析143 2.5.1.1  铅炭电池本体技术144 2.5.1.2  铅炭电池关键材料145 2.5.2  技术创新路线图148 2.5.3  技术创新需求150 2.6  电池循环回收技术150 2.6.1  技术分析150 2.6.1.1  循环再造电池材料技术150 2.6.1.2  退役电池梯次利用技术154 2.6.2  技术创新路线图156 2.6.3  技术创新需求158 第3章  机械储能 3.1  压缩空气储能160 3.1.1  技术分析161 3.1.2  技术创新路线图169 3.1.3  技术创新需求171 3.2  飞轮储能171 3.2.1  技术分析171 3.2.2  技术创新路线图177 3.2.3  技术创新需求177 第4章  电磁储能 4.1  超级电容器182 4.1.1  技术分析182 4.1.1.1  超级电容器关键材料184 4.1.1.2  双电层超级电容器190 4.1.1.3  赝电容超级电容器191 4.1.1.4  混合型超级电容器193 4.1.2  技术创新路线图195 4.1.3  技术创新需求195 4.2  超导磁储能197 4.2.1  技术分析197 4.2.2  技术创新路线图200 4.2.3  技术创新需求202 第5章  储热（冷） 5.1  储热技术204 5.1.1  技术分析204 5.1.1.1  显热储热204 5.1.1.2  潜热储热208 5.1.1.3  热化学储热209 5.1.2  技术创新路线图212 5.1.3  技术创新需求212 5.2  储冷技术214 5.2.1  技术分析215 5.2.1.1  水蓄冷215 5.2.1.2  冰蓄冷216 5.2.1.3  共晶盐蓄冷218 5.2.2  技术创新路线图219 5.2.3  技术创新需求221 第6章  氢储能 6.1  制氢技术225 6.1.1  碱性电解水制氢226 6.1.1.1  技术分析226 6.1.1.2  技术创新路线图233 6.1.1.3  技术创新需求235 6.1.2  质子交换膜电解水制氢235 6.1.2.1  技术分析235 6.1.2.2  技术创新路线图245 6.1.2.3  技术创新需求245 6.1.3  固体氧化物电解水制氢247 6.1.3.1  技术分析247 6.1.3.2  技术创新路线图249 6.1.3.3  技术创新需求251 6.1.4  阴离子交换膜电解水制氢251 6.1.4.1  技术分析251 6.1.4.2  技术创新路线图257 6.1.4.3  技术创新需求259 6.1.5  其他制氢技术259 6.1.5.1  技术分析259 6.1.5.2  技术创新路线图265 6.1.5.3  技术创新需求267 6.2  储氢技术267 6.2.1  技术分析272 6.2.1.1  高压气态储氢272 6.2.1.2  低温液态储氢287 6.2.1.3  固态储氢298 6.2.1.4  有机液体储氢304 6.2.2  技术创新路线图309 6.2.3  技术创新需求310 6.3  燃料电池313 6.3.1  质子交换膜燃料电池314 6.3.1.1  技术分析314 6.3.1.2  技术创新路线图336 6.3.1.3  技术创新需求338 6.3.2  固体氧化物燃料电池338 6.3.2.1  技术分析338 6.3.2.2  技术创新路线图357 6.3.2.3  技术创新需求357 6.4  氢加注技术359 6.4.1  技术分析359 6.4.1.1  氢气压缩机360 6.4.1.2  加氢机362 6.4.1.3  直接加注型电解堆363 6.4.2  技术创新路线图364 6.4.3  技术创新需求366 第7章  能源电子技术 7.1  智能传感器368 7.1.1  技术分析368 7.1.1.1  温度传感器369 7.1.1.2  气体传感器371 7.1.1.3  压力传感器372 7.1.2  技术创新路线图374 7.1.3  技术创新需求374 7.2  芯片376 7.2.1  技术分析376 7.2.1.1  电池管理芯片376 7.2.1.2  电源管理芯片377 7.2.1.3  通用控制芯片378 7.2.2  技术创新路线图380 7.2.3  技术创新需求382 7.3  功率半导体器件382 7.3.1  技术分析384 7.3.1.1  MOSFET384 7.3.1.2  GaN HEMT392 7.3.1.3  IGBT395 7.3.2  技术创新路线图398 7.3.3  技术创新需求400 第8章  储能系统集成技术 8.1  技术分析404 8.1.1  电池管理系统（BMS）404 8.1.2  储能变流器（PCS）406 8.1.3  能量管理系统（EMS）411 8.1.4  系统集成设计414 8.1.5  数字化能源420 8.2  技术创新路线图423 8.3  技术创新需求425 第9章  电化学储能电站安全技术 9.1  电化学储能电站安全体系概述430 9.2  电芯安全432 9.2.1  技术分析432 9.2.1.1  电芯设计与制造技术432 9.2.1.2  电芯失效分析技术434 9.2.1.3  电芯寿命预测技术436 9.2.2  技术创新路线图438 9.2.3  技术创新需求438 9.3  电池系统安全440 9.3.1  技术分析440 9.3.1.1  热管理系统440 9.3.1.2  主动安全防护系统442 9.3.1.3  被动安全防护系统444 9.3.2  技术创新路线图445 9.3.3  技术创新需求447 9.4  电站运维安全447 9.4.1  技术分析447 9.4.1.1  数据采集与管理447 9.4.1.2  安全监测与故障预警450 9.4.1.3  电站消防系统与火灾抑制451 9.4.2  技术创新路线图453 9.4.3  技术创新需求455 9.5  并网安全455 9.5.1  技术分析456 9.5.1.1  仿真模拟技术456 9.5.1.2  实证分析技术457 9.5.2  技术创新路线图460 9.5.3  技术创新需求462 9.6  用户侧储能安全462 9.6.1  技术分析462 9.6.1.1  用户侧用电监测与管理技术462 9.6.1.2  用户侧安全事故调查追溯464 9.6.1.3  用户侧安全性评价技术465 9.6.2  技术创新路线图466 9.6.3  技术创新需求468 第10章  产业科技未来发展策略 10.1  强化政策供给的深度与广度470 10.2  加快构建全过程创新生态链470 10.3  体系部署核心技术攻关任务471 10.4  推进产研协同壮大产业规模472 10.5  构建以应用为牵引的新业态473 附录 附录A  锂离子电池产业链全景图476 附录B  电化学储能电站产业链全景图477 附录C  本书编者分工478