由于歐洲計劃自給自足并為電動汽車生產電池以減少對亞洲電池制造商的依賴，2017年10月，歐盟委員會副主席Maro? ?ef?ovi?創(chuàng)建了歐洲電池聯(lián)盟，并對電池研究提供政府援助，以便在促進綠色和數字轉型的同時，加強歐洲在關鍵工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)領域的戰(zhàn)略自主權。
7月3日，歐洲電池聯(lián)盟對外公布了歐洲電池價值鏈的短期研究和創(chuàng)新優(yōu)先事項。這份200頁的文件，是歐洲著名的電池專家共同努力的結果，先后引入了557名電池技術專家，這些專家全部來自歐洲的產業(yè)界和研究機構。
此次公布的短期研究和創(chuàng)新優(yōu)先事項的范圍涵蓋了電池原材料的可持續(xù)加工，電池材料的分類和回收的先進方法，用于電動汽車的下一代電池，以及用于固定式儲能的先進材料等。
以下為“儲能100人”獨家翻譯的譯文，僅供參考。
一、簡介和背景
近年來，歐洲已成為對抗全球變暖的領導者。為實現(xiàn)低碳目標，歐洲聯(lián)盟為減少溫室氣體排放制定了重要指標。在實現(xiàn)這些目標的同時，還采取了非常具體的行動，例如可再生能源、智能能源系統(tǒng)和電動汽車發(fā)展的研究和創(chuàng)新方案。
鑒于《歐洲綠色協(xié)議》所體現(xiàn)的雄心，以及推動研究和創(chuàng)新的迫切需求，這些行動就顯得尤為重要，能夠在新冠疫情影響下大力支持具有競爭優(yōu)勢的歐洲產業(yè)。電池在歐盟實現(xiàn)2030年和2050年的低碳目標方面發(fā)揮著關鍵作用。它們與歐盟最近的主要倡議直接相關，包括通過電氣化運輸實現(xiàn)能源部門一體化，合理的能源過渡，歐盟島嶼清潔能源倡議，增強消費者權能和“革新浪潮”（使建筑更智能）。
作為全球策略的一部分，歐盟委員會已認識到發(fā)展歐洲電池行業(yè)的絕對必要性，以整合可再生能源，并創(chuàng)造出一種適合運輸系統(tǒng)低碳目標且具有競爭力的技術。它還承認扶持整個價值鏈以減少對歐洲的依賴和確保供應安全的戰(zhàn)略重要性。事實上，作為日常社會運作中的關鍵技術，電池廣泛應用于便攜式消費電子產品、電動工具和醫(yī)療設備，以及物聯(lián)網（IoT）設備、電遷移率和固定式儲能。
因此，歐盟委員會副主席Maro? ?ef?ovi?于2017年10月創(chuàng)建了歐洲電池聯(lián)盟。歐盟委員會認識到，有必要將研究、學術界和工業(yè)界的利益攸關方聚集在一起，討論和規(guī)劃整個電池價值鏈在研究和創(chuàng)新（短期、中期和長期）方面的戰(zhàn)略需求。
因此，歐洲電池聯(lián)盟的歐洲創(chuàng)新和技術平臺于2019年6月啟動，作為一個開放平臺，歡迎高水平產業(yè)和學術專家參與。旨在加速建立具有全球競爭力的歐洲電池產業(yè)，帶動戰(zhàn)略能源技術計劃和《戰(zhàn)略運輸研發(fā)與創(chuàng)新議程》的電池相關研究與創(chuàng)新行動的實施。
該平臺旨在創(chuàng)建《歐洲戰(zhàn)略研發(fā)創(chuàng)新議程》以及涵蓋電池價值鏈所有部分的相應研究藍圖，并創(chuàng)建一個論壇，討論跨領域的主題，如教育和技能、可持續(xù)性以及安全和數字化在電池技術中的作用。此外，歐洲電池聯(lián)盟組建了一個國家和區(qū)域協(xié)調小組，該小組為成員國和相關國家提供了一個交流與合作論壇，減少了重復性的研究工作，并加強了協(xié)作。
二、研究創(chuàng)新主題開發(fā)
最近，歐洲電池聯(lián)盟確定了整個電池價值鏈的短期研究創(chuàng)新優(yōu)先事項。該文件提供了關鍵主題的簡要概述，是貫穿整個價值鏈的長期和全面的利益相關者協(xié)商過程的結果，以便為決策者和供資當局確定短期研究創(chuàng)新戰(zhàn)略指導。
歐洲電池聯(lián)盟專題工作組為本文件作出巨大貢獻，這些工作組由來自行業(yè)、研究和協(xié)會的代表電池生態(tài)系統(tǒng)的專家組成，為制定綜合研究和創(chuàng)新藍圖提供了愿景和指導。專家們分為六個工作組，分別代表電池價值鏈中具有戰(zhàn)略重要性的六個部分：
?工作組1-新興技術
?工作組2-原材料以及回收
?工作組3-先進材料
?工作組4-電池設計和制造
?工作組5-應用和集成：電動交通
?工作組6-應用和集成：固定式儲能
2019年11月，各專題工作組應要求開始編寫他們認為最重要的研究和創(chuàng)新主題的說明和優(yōu)先次序。工作組主席和聯(lián)合主席推動了這一自下而上的進程，在這一進程中，工作組所有專家在一系列面對面的會議上都有可能作出貢獻并提出自己的想法。隨后是合并，在某些情況下，將重疊的主題合并。在達成一致意見后，每個小組貢獻了3到6個主要研究主題，這些主題考慮到了具體的挑戰(zhàn)、范圍、預期影響和關鍵績效指標。一些工作組還提出了一些其他主題，它們認為這些專題很重要，即使沒有列為優(yōu)先。
該文件涵蓋了在歐洲工作的557名電池技術專家的累積工作成果。共詳細闡述了30個跨越電池價值鏈的研究創(chuàng)新主題。所有這些主題都是最優(yōu)先和必要的，有助于構建具有競爭力的知識庫，發(fā)展知識產權以及歐洲發(fā)展和擴大市場過程中所需的受過良好教育的勞動力。
該文件將為Horizon Europe下一個研究計劃的討論提供基礎，該計劃將與業(yè)界合作進行。由于預算限制，專門涉及電池技術的工作計劃并沒有涵蓋所有主題。如果這些主題在Horizon Europe特定的電池保障系統(tǒng)中沒有涉及，其將被提議給其他資助機構，如國家和雙邊計劃。一些主題可能適用于Horizon Europe資助機構的其他領域，如歐洲研究理事會或歐洲創(chuàng)新理事會。通過歐洲區(qū)域發(fā)展基金，以及在復蘇計劃下創(chuàng)建的新的資金工具，也有很多實施研究創(chuàng)新項目的可能性：“修復，為下一代做準備”。
最后，有關電池研究的大量研究創(chuàng)新資金將由歐洲共同利益重要項目提供。
本報告簡要概述了整個研究創(chuàng)新文件中列出的主要主題，這些主題可分為七大方面。
1.從可持續(xù)采購到確保原材料供應
歐洲在安全經濟地獲得電池所需的關鍵原材料方面正面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。
目前，歐洲的電池原料提取和加工水平很低。對于鋰而言，歐洲確實存在硬巖礦項目，目前計劃總容量相當于2027年全球預計需求的10%左右。就電池用鈷和鎳而言，在歐洲，一家芬蘭礦在未來幾年內的礦山生產量預計為1,900噸和56,000噸。歐洲是初生硅生產大國，同時也生產天然和合成石墨，但其產量不能滿足巨大的需求量。
有必要利用未開發(fā)的歐洲礦藏、提高回收產品的產量和純度、減少加工步驟和尾礦體積，而這些需要進行大量的研究工作才能實現(xiàn)。與此同時，必須大幅減少能源消耗和原材料加工的二氧化碳排放，以實現(xiàn)電池材料的可持續(xù)生產和加工。
為了應對這些挑戰(zhàn)，歐洲電池聯(lián)盟將電池原材料可持續(xù)加工列為優(yōu)先事項。其目的是開發(fā)電池原料的提取和加工技術。尤其（但不完全）針對鋰、鎳、鈷和石墨這幾種目標原料。由于歐洲已經存在多種電池原材料方面的設備工藝，優(yōu)化和整合加工方案的需求日益增加以向歐洲電池制造商供應可持續(xù)原材料。
鋰：應從硬巖鋰礦床礦物學角度進行研究創(chuàng)新，以預知如何更好地理解和處理礦物組合。除了副產品采集之外，還需要使用水和能源有意識加工的方法，最大限度地減少尾礦和脈石的產生。在鋰加工機組和（或）礦場附近提供可隨時投入使用的可再生能源非常重要。因歐洲有一些自己的尚未利用的資源，應優(yōu)先加工鋰礦產。
鎳和鈷：目前，需要從級別低但挑戰(zhàn)性高的物質流中回收鎳和鈷，但對這些物質流進行加工處理并不劃算。開發(fā)針對這些高要求物質流的新技術可有效拓寬歐洲的金屬利用基礎。產品純度將得到提高，以滿足電池應用需求。石墨：鑒于該地區(qū)天然石墨的供應有限，一旦攻克關鍵挑戰(zhàn)，合成石墨將是歐洲可持續(xù)生產的最佳替代品。
首先，必須改進基于石油焦的現(xiàn)有工藝流程以提高電池級材料的產量和性能，同時降低能源強度（以及此類特定CO2排放）和環(huán)境污染物排放。
其次，應開發(fā)回收的陽極材料的利用、歐盟可用的碳選項（如歐盟可用天然石墨質量）以及作為合成石墨原料的陽極材料副產品。作為一種長期選擇，應開發(fā)替代石油焦的生物碳，以確保長期可持續(xù)供應。
2.探索先進材料在移動型和定置型應用中提高儲能性能的潛能
為減少溫室氣體（GHG）的排放及其對氣候的負面影響，脫碳是當今社會的一項重要任務。在整個歐洲，交通運輸產生的二氧化碳排放總量幾乎占歐洲的25%。為了減少交通運輸產生的溫室氣體，必須增加電動汽車（EV）的市場份額。鋰離子電池（LIBs）是實現(xiàn)電遷移的關鍵技術，在歐洲建立一個具有競爭力的電池價值鏈是當務之急。
移動型交通工具專用3B代鋰離子電池
為了實現(xiàn)電動汽車，尤其是純電池電動汽車（BEV）的高度市場擴散，增加行駛里程、延長循環(huán)壽命同時縮短充電時間是最為重要的，同樣重要的還有致力于降低生產成本同時改善電池組件可持續(xù)性并因此分別改善電池組和材料的可持續(xù)性的開發(fā)。
為此，歐洲將需要投資和開展針對移動型交通工具的先進鋰離子電池的研究，如高電壓高容量的3B代固態(tài)鋰電池以及采用常規(guī)材料但也基于鋰金屬的陽極電池（4A代和4B代）。因此，用于高電壓移動型交通工具的3B代鋰離子電池課題解決了這些挑戰(zhàn)，其目的是達到更高的能量密度、開發(fā)高電壓（HV）正極材料同時避免或顯著減少諸如鈷的關鍵和/或高成本元素的含量。
另一方面，用于高電移動型交通工具的3B代鋰離子電池課題具有將當前用于電動汽車的鋰離子電池的能量密度和產能提高到接近其基本極限的施展余地。要實現(xiàn)如此顯著的性能提升，必須開發(fā)包括陰極、陽極、粘結劑、隔板、電解液、集流劑和包裝材料在內的先進材料，使新型鋰離子電池成為可能，重點是3B代高容量鋰離子電池。
移動型交通工具專用4A代及4B代鋰離子電池
隨著市場上插電式混合動力汽車和電動汽車越來越多，電動汽車的推廣已經成為現(xiàn)實。這是鋰離子電池成功發(fā)展的結果，而因電池電壓和快速充電率的提高趨勢，液體電解質出現(xiàn)了安全問題，這就要求以具有更好的內在熱穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性的固態(tài)電解質取代易燃電解質。
其最大挑戰(zhàn)是實現(xiàn)固態(tài)電池快速充電，提高功率密度而不降低循環(huán)性、能量密度以及已被提升的安全性。這將意味著通過傳統(tǒng)化學物質設計出符合固態(tài)概念的新材料。移動型交通工具專用4A代鋰離子電池（傳統(tǒng)材料固態(tài)）課題旨在優(yōu)化固態(tài)蓄電池組和其組件，開發(fā)低直流電阻（DCR）活性材料，降低陽極厚度，開發(fā)具有高離子電導率的薄固體電解質，制造新型固體電解質夾層，改進界面設計以確保高效的電荷轉移和電化學穩(wěn)定性，以及提高電池機械穩(wěn)定性。
考慮到全球競爭，對更高技術的追逐也意味著需要更好的動力電池技術作為關鍵的使能技術，由此改進的鋰離子電池預計在未來幾十年仍將是主要的選擇。歐洲必須從如今由非歐洲國家主導的市場上恢復其競爭力。這一點可以通過開發(fā)一種新的由歐洲擁有的電池技術實現(xiàn)。移動型交通工具專用4B代鋰離子（具有鋰金屬基陽極的固態(tài)）電池課題解決了新材料和/或化學品的開發(fā)，提高了電池的能量密度和安全性，使之超越汽車電池的先進水平。開發(fā)新技術，使鋰金屬具有界面控制系統(tǒng)。
鈉離子（Na-ion）固定式蓄電池組
近幾十年來，隨著現(xiàn)代社會對能源需求的不斷增加和各種可再生能源在電力生產中所占份額的不斷提高，固定式儲能已經成為全球日益關注的問題。電池儲能系統(tǒng)的使用在提供電網支持、本地負荷調峰和優(yōu)化本地可再生能源開發(fā)方面受到越來越多的關注。
如前所述，鋰離子電池已經征服了便攜式電子市場，并且，目前是電動汽車供能的主要備選。然而，就家用和電網應用而言，高成本、稀缺性以及對高溫極端敏感、過度充電等技術制約是其主要缺點。這便為其他電化學儲能解決方案制造了機會。
在對不同技術方案進行深入評估之后，歐洲電池聯(lián)盟將發(fā)展家用鈉離子（Na-ion）固定式蓄電池組定為戰(zhàn)略課題。下一代鈉離子電池的發(fā)展提供了一個多學科/跨學科的方法，該方法需要考慮到從材料（陰極、陽極、電解質）的合成和表征到將其集成到新型鈉離子袋電池中的諸多措施。我們的目標是開發(fā)出一種比目前商用電池性能更高、成本更低的電池，達到工業(yè)化前的袋狀電池原型水平，以供國內應用。所開發(fā)的系統(tǒng)應免于維護，并且對環(huán)境友好。
液流固定式蓄電池組
歐洲需要額外的能源儲存，以確?？稍偕茉吹拇笠?guī)模滲透。液流電池（RFB）因其在存儲容量和功率之間的可擴展性、響應時間短、良好的循環(huán)能力和較長的放電時間而顯示出可再生能源管理的潛力。然而，目前使用的氧化還原流電池成本相對較高。因此，通過與各種創(chuàng)新相結合，利用先進的材料來降低成本和提高可持續(xù)性成為挑戰(zhàn)。應用于公用事業(yè)級別的氧化還原液流固定式蓄電池組旨在開發(fā)和驗證基于新材料（新設計、部件、氧化還原電對和電解質）的新型氧化還原流電池，此類電池具有更高的價格競爭力、環(huán)境可持續(xù)性、更高的能量/功率密度和更大的耐用性。
3.使歐洲成為電池制造的領導者
電極和電池元件生產的可持續(xù)加工
電池開發(fā)的一個最關鍵的方面是電池組件和蓄電池的制造，歐洲需要這一方面的能力和領先世界的知識庫。2014年至2019年間，只有一次EU Horizon會議將電池制造作為重點。環(huán)境可持續(xù)和成本效益高的制造業(yè)對于賦予歐洲競爭優(yōu)勢至關重要。其應用于電極和電池元件制造的環(huán)境可持續(xù)加工技術的議題提出了完全不使用有機溶劑作為漿料分散介質的電極涂布技術。為了降低生產成本，提高電池性能，最終提高效率和更好的循環(huán)壽命，將開發(fā)先進的高固含量涂層或完全干法涂層技術。
智能電極和電池生產設備
目前以亞洲為全球制造中心的電池市場競爭激烈。然而，隨著歐洲準備大規(guī)模本土生產，可改變游戲規(guī)則的制造設備將是確保可持續(xù)性和競爭力的關鍵。成功開發(fā)電池制造設備的重要方面包括最大限度地降低能源消耗、消除空氣和水污染，以及減少報廢的智能控制過程的集成，從而降低生產過程的成本和環(huán)境影響。此外，這種設備必須以非常高的生產率水平運行，同時納入智能質量控制系統(tǒng)。
為實現(xiàn)這些目標，應努力促進資源高效利用以及改進智能化電極和電池生產設備。該領域的進一步要求是在電池設計開發(fā)和優(yōu)化方面的數字化，包括退化模型和大規(guī)模數據驅動測試。蓄電池組生產線沿線的開發(fā)、分析和數字孿生的實施因其提供了一面虛擬鏡子，可以對生產過程的變化進行虛擬的實時測試從而提高可持續(xù)性和降低成本，就此可能改變游戲規(guī)則。資源高效利用和智能電極和電池生產設備課題解決了這個問題。
蓄電池組生產線的數字孿生開發(fā)
數字化和智能電池設計程序結合大量實驗數據的利用，將幫助歐盟在鋰離子電池的世界市場上拓展出強有力的地位。為此，需要將重點放在結合數字化數據驅動方法和人工智能方法的設計過程優(yōu)化上。
為了提高電池制造的競爭力，優(yōu)化需要設計的資源、優(yōu)化和生產電池組是非常重要的，為此需要對生產線進行分析。因此，電池制造需要利用高性能的計算工具。數字孿生可以向整個生產流程鏈和工廠提供一個虛擬鏡像，它是信息物理系統(tǒng)（工業(yè)4.0）的基礎。數字孿生預測工藝鏈設計和生產效率的工藝參數、成本、CO2排放以及材料結構和電池質量的影響。
這些預測數據用于優(yōu)化工藝鏈設計和最佳工藝參數設置，并能夠適用生產實時控制的特定要求，回答假設問題和減少制造過程中的試錯方法。因此，使用數字孿生將增加競爭力和可持續(xù)性，減少過程優(yōu)化期間的設計、開發(fā)和測試時間，從而提高工廠效率。蓄電池組生產線沿線的數字孿生分析與實現(xiàn)這一課題正聚焦于此。
電池制造工廠價值鏈整合
在私營部門和公共部門的努力推動下，歐洲通過在成員國建立自己的蓄電池組制造能力，逐步強化其電池制造業(yè)價值鏈。然而，在采購工藝設備時，制造商在很大程度上仍然依賴于亞洲供應鏈。歐洲的機械和設備工程公司提供了創(chuàng)新的工藝設備，但這通常尚未在大規(guī)模的生產線上實施。要想取得成功，將歐洲用于電池工藝設備的供應鏈水平整合到不斷增長的大規(guī)模蓄電池組生產中是一項重大挑戰(zhàn)。
因此，歐洲電池聯(lián)盟認為有必要縮?。╥）工業(yè)規(guī)模的電池制造和（iia）電池工藝設備公司，（iib）材料和其他工業(yè)部門之間的差距，這些部門可能會受益于與電池制造相結合的行業(yè)（如電網電力或材料供應商），正如主題中提到的，電池制造工廠價值鏈的整合——從電池工藝設備的升級和創(chuàng)新，到節(jié)能材料和能量流生態(tài)系統(tǒng)的整合。更具體地說，該提議的主題提出了一項旨在促進該網絡中更深層次協(xié)作的協(xié)調支持行動（CSA），為歐洲電池價值鏈的競爭力提供了重要要素。
4.流動化
總體而言，交通運輸，尤其是汽車行業(yè)，將主導中期蓄電池組需求的增長，正如今天的情況一樣。得益于顯著的規(guī)模經濟，這將在降低成本方面發(fā)揮關鍵作用。然而，要滿足未來歐洲運輸業(yè)的技術需求，還面臨許多挑戰(zhàn)。
電池模塊和電池組的設計和制造
歐洲電池聯(lián)盟將電池模塊和電池組的設計和制造視為短期內需要解決的問題。事實上，模塊化設計的包裝可用于多種移動應用。考慮從生產到維護、修理、拆卸和回收的過程，模塊和包裝的生態(tài)設計也變得越來越重要。
歐洲需要以環(huán)境可持續(xù)性，模塊標準化，低成本維護設計和自動化制造流程為目標，并輔以不同的模擬方法（包括數字孿生）。主題A系統(tǒng)方法：電池模塊和電池組的設計和制造旨在定義創(chuàng)新設計（優(yōu)化機械和電氣設計）以及相關的制造工藝，以減少開發(fā)時間和成本并提高性能，同時還要考慮可持續(xù)性，如可回收性和碳足跡
熱管理性能
熱管理是未來電氣化運輸驗收的一個重要方面，特別是考慮到快速充電。它為電池系統(tǒng)的安全性和可靠性提供保障，這對于電動汽車的普遍接受和突破也具有決定性作用。歐洲電池聯(lián)盟提出了“先進熱管理性能”這一主題，目的是在降低成本（以及相關體積和/或重量）的同時，改進熱管理，并提高電池系統(tǒng)的效率、可靠性、使用壽命和安全性。
先進的電池管理可優(yōu)化電池利用率
汽車應用中使用的緊湊、高能量密度的蓄電池組、模塊和蓄電池非常復雜，如果控制不當，可能會造成危險。為了解決這些問題，開發(fā)更先進的電池管理是確保優(yōu)化電池利用率的一種方法。事實上，安全、實時、基于數據的電池管理將確保優(yōu)化并安全使用所有操作模式?！皟?yōu)化電池利用率的先進電池管理”這一主題旨在開發(fā)基于知識和數據的電池管理系統(tǒng)，以降低電池系統(tǒng)的總成本，確保在所有操作模式下的優(yōu)化和安全使用，并為“二次生命周期”提供準確分類。
用于開發(fā)、制造工藝和電池管理的電池模塊和電池組的數字孿生
用于移動應用的電池模塊和電池組的開發(fā)和生產基于實驗知識和大量試驗。在開發(fā)和生產過程中，為了降低成本、加快開發(fā)過程、提高電池模塊和電池組的可靠性，有必要使用數字孿生來展示真實的物理產品，并模擬制造工藝和系統(tǒng)設計。
因此，歐洲電池聯(lián)盟提出了用于開發(fā)、制造工藝和電池管理的電池模塊和電池組的數字孿生主題。這一主題解決了數字孿生模型的開發(fā)和發(fā)展，以展示真實的物理產品，并模擬制造工藝和系統(tǒng)設計。這將加快開發(fā)進程，并在開發(fā)和生產過程中提高電池模塊和電池組的可靠性。
電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的評估方法和工具
現(xiàn)有的評估電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的方法和工具通常既耗時又昂貴（例如，目前僅通過對樣品電池進行破壞性/濫用性測試來評估電池安全性）。這些方法在測試樣品和測試基礎設施方面都很昂貴，而且無法在生產階段結束時或電池使用壽命后期以高通量方式評估工業(yè)電池組。
此外，目前執(zhí)行的電池級評估通常不夠詳細，無法預測電池組級的性能、安全性、耐用性和可靠性。因此，評估電池安全性、性能、可靠性和使用壽命的新方法和新工具成為一個重要課題。相關的研究創(chuàng)新應基于各種技術，如特征描述、虛擬和現(xiàn)場測試、模擬或這些技術的組合，來定義新的方法和工具，以便跨行業(yè)驗證。主要目標應該是大幅降低電池評估的成本（至少20%-30%)和/或持續(xù)時間（至少20%-30%)，并提高其質量。
5.支持部署固定式儲能和整合電動交通
固定式電儲能系統(tǒng)的安全要求
擴展電能存儲系統(tǒng)的重要先決條件是其在整個價值鏈中經過驗證的安全性。到目前為止，這一問題還未得到充分解決。安全措施存在于從材料層到電池層的不同層次上，也存在于從便攜式設備到電動汽車的各種存儲應用的應用層次上。然而，對于固定的EES應用，在很大程度上仍然缺少標準。
為了提高電化學儲能（EES）固定系統(tǒng)（如大型高能量儲能電站）中的應用，安全性是關鍵。固定式電能存儲系統(tǒng)的安全要求旨在通過研究創(chuàng)新識別風險和最低安全要求，考慮其特定條件，如電網接口、建筑物、救援系統(tǒng)等。了解安全狀態(tài)將有助于提高固定式EES應用的整體安全性，從而為大規(guī)模重復使用電池（二次生命周期）開辟這些領域。歐洲必須引領新型儲能系統(tǒng)的安全挑戰(zhàn)，以促進更可靠的部署并防止不合規(guī)解決方案進入市場。
開放式電池管理系統(tǒng)
先進的電池存儲系統(tǒng)將在未來能源領域發(fā)揮重要作用。它們將允許太陽能和風能資源的持續(xù)使用，支持工業(yè)4.0的利用，并促進專用于工業(yè)或私人家庭的小型機器人設備的開發(fā)。當前電池存儲系統(tǒng)面臨的一個主要挑戰(zhàn)是，由于電池的電化學降解，其壽命狀態(tài)（包括健康狀態(tài)、功能狀態(tài)和安全方面）會隨著時間和使用時間的延長而降低。這種壽命狀態(tài)需要通過電池管理系統(tǒng)（BMS）進行估算。在混合儲能系統(tǒng)（HESS）中，將多個電池組合起來作為一個單電池儲能系統(tǒng)（BESS），了解電池壽命狀態(tài)對于利用化學物質的協(xié)同作用至關重要。挑戰(zhàn)在于建立標準程序以確定系統(tǒng)的生命狀態(tài)指標。
此外，第三方必須有權訪問所有必要的電池系統(tǒng)信息、電池狀態(tài)、操作模式和互操作性條件。使用標準程序確定電池壽命狀態(tài)的開放存取電池管理系統(tǒng)主題建議開發(fā)可延長電池使用壽命的解決方案，并演示診斷和預測電池系統(tǒng)壽命狀態(tài)的無差別方法。例如，可以通過具有實時算法和創(chuàng)新儀器的先進BMS，以及使用歷史數據且得益于高計算能力的離線解決方案來實現(xiàn)這一點。
固定式電池儲能的互操作性
互操作性和多服務操作是電池儲能系統(tǒng)優(yōu)于其他競爭性儲能技術的關鍵支柱。這對電動汽車的使用靈活性也很重要。將互操作性與適當的標準、業(yè)務模型和技術解決方案相結合，需要成為BESS、混合儲能系統(tǒng)（HESS）和電動汽車開發(fā)的一部分，以實現(xiàn)多服務靈活性。
主題為促進多服務靈活性、混合解決方案和電動汽車發(fā)展的固定式電池儲能系統(tǒng)的互操作性建議開發(fā)技術，通過在設備和系統(tǒng)之間對齊來自公用事業(yè)和ICT領域的現(xiàn)有標準，實現(xiàn)互操作性和無縫實時數據共享，從而在互操作性環(huán)境中實現(xiàn)BESS和電動汽車靈活性的無縫利用和貨幣化，從而實現(xiàn)創(chuàng)新的BESS和電動汽車服務。
用于中長期存儲的電池能量系統(tǒng)
如綠色協(xié)議中所述，為了促進到2050年歐洲大陸向零排放能源系統(tǒng)的過渡，提供具有成本效益、可靠和可持續(xù)的儲能至關重要。有必要開發(fā)適合各種用途的電化學儲能系統(tǒng)（ESS），以促進一系列服務。此外，需要開發(fā)的不僅僅是電池，而是整個系統(tǒng)及其電子部件、管理系統(tǒng)和高級軟件，這些都是獲得最終可銷售解決方案所必需的。
中長期儲能電池能源系統(tǒng)主題解決了開發(fā)和演示用于長期儲能（10小時以上）的現(xiàn)實生活大規(guī)模解決方案的必要性，這將對不可編程和間歇性風能和光伏綠色能源的滲透產生積極影響。對于歐洲公司來說，每日峰值轉移是一個巨大的商機，它們可能會發(fā)現(xiàn)，無論是在化學還是系統(tǒng)層面，在與擁有專有技術的世界其他地區(qū)的競爭中存在差距。電網支持、負荷轉移和套利市場充分證明了支持歐洲解決方案提供商的努力。
儲能與直流微電網體系架構
在固定式儲能、負載和存儲設備以及電動汽車的背景下，由于直流可再生能源的滲透率顯著提高，直流微電網概念引起了越來越多的關注。除了簡單化之外，由于需要更少的轉換器和其他元件，直流微電網在降低能耗和成本同時，簡化了電網結構。
由于直流微網技術的顯著優(yōu)勢，以及在存儲系統(tǒng)開發(fā)方面的靈活性和混合性，其在LCOS的改進方面被寄予很高的期望。存儲和直流微電網體系結構和專用電子設備主題側重于為減少電池儲能系統(tǒng)（BESS）的安裝成本所必需的基本開發(fā)。目前，電子設備和相關基礎設施的高初始成本（CAPEX）和復雜性已被確定為BESS集成的主要阻礙因素，盡管其可以獲得許多功能和長期利益。解決這一問題以增加可再生能源的使用至關重要。
梯次電池的建模和標準化
估計到2025年將有29GWh 的梯次電動汽車電池可用。其中，近三分之一可能用于梯次電池的固定存儲（10GWh），到2025年，累計儲存總量將達到26GWh。將梯次電池用于固定式儲能可以帶來一系列效益，包括由于延長使用壽命而大大減少電池的碳足跡。
然而，在廣泛使用梯次電池之前，需要在評估方法、修復和電池管理方面取得重大進展。用于固定存儲的梯次電動汽車電池的建模和標準化主題解決了這些發(fā)展問題。通過開發(fā)技術和機制（如評估，修復和優(yōu)化BMS），可以可靠、安全和可持續(xù)地使用梯次電池，電池的生命周期評估有望得到顯著改善應當看到，由于使用壽命至少延長了50％，電池的溫室氣體排放量和碳足跡會大幅下降。歐洲必須對市場上出售的儲能系統(tǒng)的使用壽命終止采取行動和監(jiān)測工具。在梯次生命周期場景中，了解電池的價值或成本是一項義務，而不解決這個問題可能會帶來無法估量的環(huán)境成本。
6.電池材料回收
隨著電動汽車和儲能產業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的鋰離子電池進入歐洲市場。在未來10年內，大量電動汽車電池系統(tǒng)有望達到使用壽命（EoL）。
電池材料全回收
處理報廢電池流需要在整個歐盟范圍內開發(fā)一套統(tǒng)一的電池處理系統(tǒng)。因此，處理EoL鋰離子電池的收集、處理、分類和拆解是將材料重新納入電池價值鏈并確保適當回收的首個必要步驟。
應開發(fā)更環(huán)保的工藝，以盡量減少能源、水和化學品的消耗，以及回收化學品，并盡量減少接觸有害物質。提高電池材料的全回收的目標是創(chuàng)建可行的整體回收流程，以有效利用未來10年內達到報廢水平的大量電動汽車電池廢料以及生產前廢料。其目的是建立回收過程，最大限度地回收這些二次原料中所包含的資源（單元素/材料的高回收率，以及材料的總回收率）。
收集、逆向物流、拆解和分類
整個歐洲鋰離子電池價值鏈的流程非常多樣化?；钚圆牧系姆N類、尺寸、形狀、連接方式和化學成分種類繁多，很難以最大的回收率和最小的CO2足跡對其進行有效處理。除其他外，可以通過在專家診斷和評估健康狀況后將部分流程重新定向到二次生命周期應用程序來實現(xiàn)這一點。因此，分類技術是另一個有待進一步發(fā)展的領域。
所有回收階段中的安全問題也應予以適當注意。在報廢車輛的回收站和經授權的處理設施中，回收的EoL電池的狀態(tài)通常是未知的。在承受電負荷時，應考慮到觸電的危險。當電池發(fā)生短路或焊接/接頭損壞時，可能會出現(xiàn)火災和爆炸的危險。這些會引起不受控制的熱量釋放，從而引發(fā)連鎖反應（熱失控），電解液和電池內部有機化合物的分解和蒸發(fā)，甚至導致燃燒速度加快，最終導致爆炸并釋放出有毒氣體。在處理來自電動汽車或儲能應用的高能電池時，這些危險尤為顯著。
收集、逆向物流、拆解和分揀是指開發(fā)綜合技術，在不斷增長的電池流最終進入回收過程之前，對其進行安全有效的處理。創(chuàng)建用于健康狀況（SoH）評估和分類的方法和技術（在可能的情況下實現(xiàn)自動化和標準化），以便將具有潛在危險的電池與可重復使用或用于二次應用的電池分開。
7.培育新興技術
歐洲電池聯(lián)盟認為，重要的是不僅要建立具有競爭力的歐盟電池產業(yè)，而且要長期保持競爭力。因此，現(xiàn)如今的部分研究經費應用于長期目標。
多價電池
在有望提供高能量和功率密度同時又是綠色、廉價和安全的新興儲能技術中，新型多價（鈣、鎂、鋁等）電池具有重要作用，需要加以探索和開發(fā)。陽離子的多價性帶來了額外的困難，但由于每個陽離子提供了一個以上的電子，因此有希望獲得更高的能量密度，并有望使用金屬陽極，此外，由于使用了更豐富的材料而降低了成本。多價電池解決了綠色和可持續(xù)多價電池概念的發(fā)展。這些基于鈣、鎂、鋁等豐富的多價陽極的新型儲能技術，有望在實現(xiàn)綠色、廉價和安全的同時，實現(xiàn)高能量和功率密度。
非常規(guī)氧化還原液流電池
為了推動以具有競爭力的能源價格（€/kWh）引進與可再生能源相結合的儲能系統(tǒng)，歐洲需要突破性的技術。歐洲電池聯(lián)盟認為，可持續(xù)的非傳統(tǒng)氧化還原液流電池的建模，新的電池化學和新的電池設計代表著朝這個方向邁出的一步。非常規(guī)氧化還原液流電池：建模、新的可持續(xù)電池化學和電池設計旨在開發(fā)電化學模型以進行仿真，并輔以實驗結果，從而能夠以更快，更便宜的方式發(fā)現(xiàn)最有希望的氧化還原電對。這將有助于尋找和選擇分子作為氧化還原液流電池的陰極和陽極進行實驗測試，從而能夠更快地開發(fā)高能量密度、低價、可持續(xù)和更安全的系統(tǒng)。
水系電池
基于同樣的理由，歐洲電池聯(lián)盟建議探索低成本、安全先進的水系電池用于儲能。它們在安全性、成本和可持續(xù)性方面的固有特性可能是未來幾年歐洲電池價值鏈的一個顯著優(yōu)勢。該主題將探討由于其低成本、可持續(xù)性和安全性方面的固有特性而在儲能方面特別受關注的可充電水電池。新型水電池由于具有較高的離子電導率，可以在較高的往充放效率下提供快速充電/放電。電解液成分更便宜且對環(huán)境無害。該技術不僅適用于大規(guī)模儲能，而且也適用于不需要高容量能量密度的其他應用。
新興技術監(jiān)測界面
盡管新型化學的研究很重要，但歐洲電池聯(lián)盟也將蓄電池組分之間的接口確定為一個需要廣泛研究和理解的研究領域。電池接口處的化學反應會極大地影響電池的使用壽命和安全性。
基于這些原因，監(jiān)控現(xiàn)場原位中新興電池技術的接口，以增進我們的理解。因此，新電池的性能應被視為另一優(yōu)先事項。監(jiān)控現(xiàn)場原位中新興電池技術的接口這一主題的范圍是在電池形成和傳播過程中作為蓄電池組循環(huán)的功能研究電池內部的接口。
建模是支持理解反應和/或降解機制以及評估化學成分在界面處形成或分解的重要工具。其目的是為研究蓄電池組中組件之間的接口提供概念證明，同時闡明由于接口處發(fā)生反應而導致降解機理的方法。這些新技術和新方法將為電池接口研究建立一個完善的科學平臺奠定基礎。
新型陽極材料發(fā)現(xiàn)的組合方法
最后，歐洲電池聯(lián)盟觀察到，可用于電池陽極的實用材料的選擇范圍非常狹窄，其性能是進一步改善電池化學性能的主要障礙之一。
此外，由于缺乏可比性實驗證據和可用資源，有關新型和新興陽極電池材料穩(wěn)定性和性能的知識有限。長期挑戰(zhàn)是開發(fā)一個能夠快速、高通量和可重復的實驗篩選新的潛在陽極材料的平臺。
新陽極材料發(fā)現(xiàn)的組合方法這一主題旨在為潛在陽極材料的開發(fā)和測試創(chuàng)造這樣一個平臺。該方法應顯示出與“電池2030+”倡議的自主電池材料加速平臺（MAP）的協(xié)同作用，因為可以通過先進的多尺度建模過程初步選擇合適的材料。
