摘要：“ 电池与储氢在不同的应用场景下，有着各自的强项。
如常规电池（锂离子、铅酸、镍镉）适合于一些便捷式应用场景，液流电池则适合用于可再生能源电网的选择，储氢则更适合一些固定的大型项目使用。
”全文约3300字，阅读大约需要12分钟。
背景在储能相关领域中，电池与储氢是目前比较活跃的话题，不管是在科研学术还是市场应用上。
在某些应用场景下，这两个技术被视为可互补的技术，而在另外一些场景下，他们互相对立，被视为替代技术。
电池寻求更高的能量容量和更低的维护成本，而储氢技术则追求更好的体积和重量密度。
本文对这些相关的技术进行了简单的介绍，有助于了解技术的演变。
电池——品类多传统电池、熔盐电池、液流电池和最新的金属-空气电池是用于储能的主要电池技术。
常规电池传统电池，例如锂离子 (Li-ion)、镍镉 (Ni-Cd) 和铅酸电池，在多种商业应用上有着广泛的应用。
在所有传统电池中，都会发生氧化还原反应，其中一个电极释放电子，这些电子用于为外部电路中的负载供电，然后被带到另一个电极。
传统电池的充电(a)，放电(b)过程尽管铅酸电池用于混合动力电动汽车 (HEV)、潜艇和飞机，但这些电池在功率性能和比能量方面存在一些问题。
与铅酸电池相比，镍镉电池由于具有更高的耐蚀性，因此其维护成本低。
镍镉电池目前用于便携式电子应用中。
然而，高昂的成本和使用有毒材料生产镍镉电池也是这种电池面临的主要挑战。
锂离子电池是最高效的传统电池，使用寿命相对较长。
这些电池通常用于电子和医疗设备，例如心脏起搏器。
然而，锂是一种昂贵的材料，其在地球的矿产资源也是不可持续的，这需要开发合适且更便宜的替代品，例如能量容量与锂离子电池相似的钠电池。
锂离子电池的生命周期范围为 1000-10000 次，而铅酸电池和镍镉电池的寿命周期分别为 500-2500 和 2000-2500 次。
此外，与其他传统电池相比，锂离子电池还表现出更高的循环效率和更高的比能量。
三种电池的化学特性和一些制造商如下表所示：熔盐电池钠硫电池、ZEBRA（纳-氯化镍）电池等熔盐电池的运行依赖于 260 ℃时钠离子电导率大于 0.2 S/cm。
因此，这些电池通常用于温度范围为 270 °C 至 350 °C 的应用中。
熔盐电池的充放电过程在 ZEBRA 和钠硫电池中，由氧化铝 (β-Al2O3) 制备的陶瓷电解质在负极和正极之间转移钠离子。
熔盐电池由于没有电荷损失而表现出高效率，适用于电动汽车。
此外，与传统电池相比，它们具有显著的比能量和寿命优势。
然而，熔盐电池需要较高的工作温度是一个主要缺点，因为它会降低电池效率并产生自放电问题。
钠硫电池的生命周期范围为 2500-4500，而 ZEBRA 电池的生命周期为 2600-4000。
此外，与 ZEBRA 电池相比，钠硫电池表现出更高的循环效率和更高的比能量。
熔盐电池的化学特性和一些制造商如下表所示：液流电池前文中介绍的两种电池都有着较为明确的应用场景（常规电池适用于便携式应用，熔盐电池适用于需要高质量电源的应用）。
但是上述电池都无法满足大规模电网的要求，因为电网承担的是传输的作用，本身几乎没有储能能力。
因此，若是应用于电网储能的电池，应具备强大的储能能力，能够满足波动的发电需求，因为目前的可再生能源（风能、太阳能等）基本都有明显的波动特征。
此外，电网存储必须能够将电力与能源分离，能够承受大量的充电/放电循环，具有良好的循环效率，对负载或输入变化表现出快速响应。
基于上述需求，液流电池也进入了工程师的视野。
液流电池是一种新的电池设计，其反应物不存储在电极本身内部，而是溶解在电解质溶液并储存在外部罐中，需要额外的设备（泵等）来使液体电解质流动。
正是由于液流电池正负极电解液分开、各自循环的特点，才使它具备了超长的循环寿命。
液流电池通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应（即价态的可逆变化）实现电能和化学能的相互转化。
充电时，正极发生氧化反应使活性物质价态升高，负极发生还原反应使活性物质价态降低，放电过程与之相反。
与一般固态电池不同的是，液流电池的正极和（或）负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中，通过泵和管路输送到电池内部进行反应。
此外，离子交换膜 (IEM) 将阳极液和阴极液分离，允许带电物质的传输的同时，还减少了活性物质的相互干扰。
溴化锌 (ZNBR) 电池、钒 (VRB) 电池和铁铬 (ICB) 电池是目前用于储能应用的主要液流电池。
其中，VRB的生命周期最高，而ICB的循环效率最高，ZNBR的比能量最高。
液流电池示意图液流电池的化学特性和一些制造商如下表所示：金属空气电池金属-空气电池的开发是为了实现具有更高比能量和更低维护要求的电池。
这些电池由开放式电池结构组成，一侧是锌/锂电极，另一侧是氧电极。
金属-空气电池原理示意图锌空气电池和锂空气电池是主要的二次金属空气电池。
尽管这些电池表现出很高的潜力，但空气阴极和金属阳极的几个问题以及电池的短寿命使其不适合实际应用，例如电化学储能或电动汽车。
金属-空气电池的化学特性和一些制造商如下表所示：在四种电池技术中，传统电池的循环效率最高，而金属空气电池和液流电池分别具有最高的比能量和生命周期。
储氢系统——隐形的力量与其他化石燃料相比，氢的低热值 (LHV) 为 120 MJ/kg，因此被用作能源载体。
然而，在常温常压下下，0.0899 g/L 的低体积密度，是使用储氢系统的主要缺点。
该密度大大低于美国能源部（DoE）和欧盟为储氢设定的体积密度目标。
目前开发了几种技术，如压缩储氢、液态氢储存和金属氢化物储存，以实现储氢所需的体积密度。
压缩氢气储存目前，压缩储氢是最常用的储氢方式。
在该方法中，氢气在金属复合罐中以特定压力加压。
根据氢气和储罐的使用，压力范围可以从 20 MPa到 70 MPa。
这种方法可用于频繁、反复地对罐中的氢气进行充放电长达 20 年。
通常使用更高的压力来实现接近液态氢 71 g/L 的体积密度。
目前，有不同类型的压缩氢气罐：I 型是全金属罐；II型是金属罐，其圆柱形部分由碳纤维增强聚合物（CFRP ）复合材料增强；III 型是具有完全 CFRP 包裹的金属内衬的储罐；IV 型储罐与 III 型储罐相似，只是它们的内衬是聚合物而非金属；V 型储罐处于开发阶段，完全由复合材料制成。
目前，IV 型和 III 型储罐因其抗疲劳性、重量轻以及 350 至 700 巴的更高标称工作压力而被广泛用于储存氢气。
因此，这些罐通常用于工业目的或汽车领域。
压缩氢存储可用作公共汽车和汽车的小规模储能或微电网中的存储系统液氢储存尽管在液氢储存技术中可以获得相当高的 71 g/L 的体积密度，但处理可能占每天总储存液氢的 0.1-0.2% 的蒸发比是一项重大挑战。
此外，获得液态氢必须达到约-240℃（约33K，接近0K）的氢临界温度，这进一步增加了该方法的复杂性。
液态氢储存已作为温度传感器用于海洋应用和航空航天工程。
金属氢化物储存在环境温度和压力下，金属氢化物可用作不同应用中的储氢材料。
在这种方法中，金属氢化物吸收固态氢分子形成金属氢化合物，其中氢紧密地分布在整个金属晶格中。
该反应在一定温度和压力下以平衡状态存在，可根据需要逆转。
金属氢化物储氢系统的最大循环率为 98.94%。
镁、钒、铁、铬、锡、锰、铝、钴和镍可以在这种储存方法中与氢结合。
金属氢化物存储可用于多种移动和固定应用，例如铁路、汽车和热存储。
络合氢化物储存络合物氢化物主要是由共价键合到以氮、硼或铝为中心的络合物阴离子基团的阳离子组成并含有氢的固体离子。
金属氢化物分解发生在高温下，而氢化反应发生在高压下。
在这种存储技术中，氢的重量和体积密度根据所使用的材料而有所不同。
例如，当氨硼烷用于储存氢气时，可以获得高重量密度和体积密度。
然而，换料期间的热管理问题是这种方法的主要缺点。
其他储氢方法尽管物理吸附和碱金属+水等其他储氢方法已显示出相当大的潜力，但这些方法并未广泛用于商业应用。
在讨论的商业储氢技术中，络合氢化物储存和压缩储氢分别表现出最高的体积密度和循环效率。
此外，络合氢化物储存和液氢储存都具有最长的生命周期。
碱金属+水 物理过程结论在分析了两大储能系统后，研究人员得出结论，储氢系统可以有效补充未来不同商业应用中的电池。
例如，氢气可用于可再生能源发电厂，作为长期存储系统，而电池可用作中短期存储解决方案。
而在未来，氢能和电池更有可能专注于两种完全不同的用途——例如，电池适用于手机和轻型交通工具等小型设备，而储氢适用于固定应用和重型交通工具。
