中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新型電化學(xué)儲(chǔ)能是支撐我國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系的重要技術(shù)，已成為催生國(guó)內(nèi)能源新業(yè)態(tài)、搶占國(guó)際戰(zhàn)略新高地的重要領(lǐng)域。2025年2月10日，我國(guó)工業(yè)和信息化部等八部門發(fā)布《新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案》，提出加快鋰電池等成熟技術(shù)迭代升級(jí)，支持顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，融合新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)高效集成和精準(zhǔn)調(diào)控。本文深入分析新型電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域國(guó)際戰(zhàn)略布局及關(guān)鍵前沿技術(shù)進(jìn)展，提出我國(guó)研發(fā)布局建議。
一、戰(zhàn)略布局與政策動(dòng)態(tài)
近年來(lái)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛出臺(tái)政策舉措推進(jìn)新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，旨在提高鋰離子電池等現(xiàn)有技術(shù)性能、降低應(yīng)用成本、擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景，并開(kāi)發(fā)固態(tài)電池等下一代新型電池技術(shù)。
1、積極布局下一代電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，固態(tài)電池、鋰硫電池、液流電池等成為重點(diǎn)方向
美國(guó)能源部自2021年發(fā)布《國(guó)家鋰電池藍(lán)圖2021-2030》[1]以來(lái)，持續(xù)推進(jìn)高能量密度下一代電池技術(shù)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新制造，指出需要重點(diǎn)關(guān)注全固態(tài)電池相關(guān)的新材料、電極和電池制造方法，并通過(guò)Battery500、IONICS、EVs4ALL、Li-Bridge等項(xiàng)目投資超過(guò)2億美元（約15億元）資助相關(guān)企業(yè)、高校與科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展下一代電池研發(fā)。2025年以來(lái)美國(guó)能源部已投入2500萬(wàn)美元推進(jìn)電池制造技術(shù)研發(fā)，包括：鈉離子電池、創(chuàng)新水系有機(jī)氧化還原液流電池技術(shù)、開(kāi)發(fā)制造規(guī)模的智能數(shù)字平臺(tái)，建立在線生產(chǎn)決策模型、開(kāi)發(fā)電池檢測(cè)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)時(shí)高分辨率電池形態(tài)監(jiān)測(cè)和控制實(shí)現(xiàn)電池智能制造等[2]。
歐盟委員會(huì)于2025年5月發(fā)布“地平線歐洲”（Horizon Europe）2025年工作計(jì)劃，將投入73億歐元專項(xiàng)資金強(qiáng)化歐洲的科研創(chuàng)新引擎。在氣候、能源與交通領(lǐng)域投入11.4億歐元，支持下一代電動(dòng)汽車電池研發(fā)等清潔能源技術(shù)及低碳交通解決方案[3]，其中針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)計(jì)劃投入1.16億歐元[4]。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在2022年頒布新版《蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》[5]，提出加快開(kāi)發(fā)以全固態(tài)電池為中心的新一代電池、材料和回收利用技術(shù)，確保包括鹵代電池、鋅負(fù)極電池等新型電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，到2030年前后全面實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)用化。日本在“綠色創(chuàng)新基金”框架下，2022年投入1510億日元啟動(dòng)“下一代蓄電池和電機(jī)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目[6]，提出將開(kāi)發(fā)高容量電池（如全固態(tài)電池）及其材料，能量密度提升至當(dāng)前水平2倍以上，即超過(guò)700~800瓦時(shí)/升。在2015—2024年間已投資近2000億日元（約100億元）用于全固態(tài)電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
2、建設(shè)本土電池產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈成為戰(zhàn)略關(guān)注焦點(diǎn)，涵蓋原材料、裝備制造、回收利用等全鏈條重要環(huán)節(jié)
美國(guó)能源部2021年發(fā)布《儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖》[7]，提出將在技術(shù)開(kāi)發(fā)、制造和供應(yīng)鏈、技術(shù)轉(zhuǎn)化、政策與評(píng)估、勞動(dòng)力培養(yǎng)五大重點(diǎn)領(lǐng)域開(kāi)展行動(dòng)，以建立美國(guó)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。隨后，2024年9月宣布投入30億美元用于改造、擴(kuò)建和新建電池制造設(shè)施，用于電池級(jí)關(guān)鍵礦物加工、電池組件制造、電池組裝和回收等，以增強(qiáng)美國(guó)國(guó)內(nèi)先進(jìn)電池和電池材料供應(yīng)鏈能力[8]。
歐洲電池技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“電池歐洲”（Batteries Europe）和歐洲電池伙伴協(xié)會(huì)（BEPA）2024年2月共同發(fā)布《電池戰(zhàn)略研究與創(chuàng)新議程》[9]，明確了歐洲電池研發(fā)與創(chuàng)新的優(yōu)先事項(xiàng)，涵蓋原材料、先進(jìn)材料、設(shè)計(jì)、制造、交通應(yīng)用、固定儲(chǔ)能應(yīng)用、拆卸與回收等方面，旨在提高歐洲電池產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力。
德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候行動(dòng)部（BMWK）2024年5月發(fā)布第八期能源研究計(jì)劃應(yīng)用能源技術(shù)研究資助公告[10]，重點(diǎn)資助研發(fā)從電池單體到全系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)，包括優(yōu)化材料、組件和運(yùn)行策略，提高其效率、性能和壽命，以及電池環(huán)保和回收利用等。
英國(guó)商業(yè)貿(mào)易部自2023年發(fā)布《英國(guó)電池戰(zhàn)略》[11]以來(lái)，強(qiáng)調(diào)發(fā)展電池創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)“法拉第電池挑戰(zhàn)賽”加快電池材料開(kāi)發(fā)[12]、促進(jìn)化學(xué)和材料供應(yīng)鏈發(fā)展、支持更廣泛的規(guī)?；鷳B(tài)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)到2030年構(gòu)建具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的電池供應(yīng)鏈。
澳大利亞于2024年5月發(fā)布首個(gè)《國(guó)家電池戰(zhàn)略》[13]，提出到2035年將澳大利亞打造成為全球具有競(jìng)爭(zhēng)力的電池和電池材料生產(chǎn)國(guó)，打造安全、彈性的電池供應(yīng)鏈，并加強(qiáng)能源安全。
3、新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，電網(wǎng)規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域需求旺盛
在電網(wǎng)規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方面，美國(guó)清潔能源協(xié)會(huì)（ACP）2025年4月宣布，將在2030年前投資1000億美元用于建設(shè)新的電池制造工廠和采購(gòu)“美國(guó)制造”的電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電池[14]。該計(jì)劃的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)美國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目100%采用本土電池，以提升能源安全、經(jīng)濟(jì)性和供電可靠性。德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候行動(dòng)部2023年12月發(fā)布《電力儲(chǔ)能戰(zhàn)略》推動(dòng)德國(guó)電力儲(chǔ)能發(fā)展，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與電力系統(tǒng)的“最佳集成”。英國(guó)商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部2022年1月發(fā)起長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能示范計(jì)劃[15]，以促進(jìn)風(fēng)、光等波動(dòng)性可再生能源并網(wǎng)消納。澳大利亞工業(yè)、科學(xué)與資源部2024年5月發(fā)布首個(gè)《國(guó)家電池戰(zhàn)略》，提出將提供17億澳元設(shè)立為期10年的“澳大利亞未來(lái)制造創(chuàng)新基金”，以促進(jìn)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能部署。
交通運(yùn)輸領(lǐng)域，電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車應(yīng)用不斷普及。歐盟2025年3月發(fā)布《歐洲汽車行業(yè)行動(dòng)計(jì)劃》[16]，以?技術(shù)主權(quán)構(gòu)建?（電池原材料自主可控）和?規(guī)則輸出?（本地成分立法）為核心抓手，通過(guò)?差異化技術(shù)創(chuàng)新?（固態(tài)電池突破）和?生態(tài)協(xié)同?（全產(chǎn)業(yè)鏈合作）實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造到擴(kuò)張的閉環(huán)。
航空航天、無(wú)人機(jī)和移動(dòng)通信基站等領(lǐng)域應(yīng)用也在不斷拓寬，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入新動(dòng)力。我國(guó)近年來(lái)重點(diǎn)加快開(kāi)發(fā)固態(tài)電池、鈉離子電池、氫儲(chǔ)能/燃料電池等新型電池技術(shù)，助力低空經(jīng)濟(jì)等未來(lái)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用和進(jìn)步 [17][18][19]。
二、研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展
新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)是高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性、高穩(wěn)定性，重點(diǎn)發(fā)展方向是下一代新型儲(chǔ)能技術(shù)、提升電化學(xué)儲(chǔ)能核心部件性能及促進(jìn)退役器件高質(zhì)量循環(huán)利用。
1、固態(tài)鋰電池
能量密度不斷突破：2024年8月，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研發(fā)基于硫化鋰正極的高比能長(zhǎng)循環(huán)全固態(tài)鋰硫電池，能量密度超過(guò)600瓦時(shí)/千克[20]。同年9月，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)通過(guò)在鋰表面構(gòu)筑一層230納米厚的Mg-W雙親保護(hù)層，組裝的貧鋰全固態(tài)電池體積能量密度超過(guò)了1100瓦時(shí)/升[21]。同年12月，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所開(kāi)發(fā)出基于脫嵌-轉(zhuǎn)化耦合反應(yīng)機(jī)制的新型鹵化物L(fēng)ixFeXx+2正極材料，基于該正極材料組裝的全固態(tài)鋰電池能量密度高達(dá)912瓦時(shí)/千克[22]。2025年1月，美國(guó)微宏公司取得全固態(tài)電池技術(shù)高運(yùn)行電壓突破，可在12伏至21伏的高電壓下穩(wěn)定運(yùn)行，有望實(shí)現(xiàn)更高能量密度和更長(zhǎng)續(xù)航里程。下一步，該公司將進(jìn)行全固態(tài)電池的試生產(chǎn)研究[23]。
2、液流電池
離子交換膜穩(wěn)定性突破：2025年4月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)出一系列陰離子選擇性共價(jià)三嗪框架膜，借助該膜，采用氯離子作為載流離子的水系有機(jī)氧化還原液流電池可在高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行，電池性能優(yōu)于現(xiàn)有膜材料所能達(dá)到的水平[24]。
能量密度突破：2024年4月，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所使用碘離子和溴離子混合鹵素溶液作為電解液，構(gòu)建了碘離子到碘單質(zhì)再到碘酸根的多電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，基于此開(kāi)發(fā)出能量密度達(dá)到1200瓦時(shí)/升的水系液流電池，在保障安全性的同時(shí)，能量密度較傳統(tǒng)水系液流電池提升20~40倍[25]。同年8月，該所首次提出了原位電化學(xué)合成策略構(gòu)建了耐氧性萘醌類活性分子并應(yīng)用于液流電池，成功實(shí)現(xiàn)了千克級(jí)有機(jī)分子的放大合成[26]。
3、鈉離子電池
能量密度/電池容量突破：2025年2月，復(fù)旦大學(xué)和上海大學(xué)合作，提出了一種串聯(lián)組裝和蝕刻化學(xué)方法，通過(guò)雙功能調(diào)節(jié)劑將垂直排列的介孔引入導(dǎo)電金屬-有機(jī)框架（cMOFs）的微孔中，將微孔通道縮短了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)高性能鈉存儲(chǔ)，Na?傳輸速度加快5倍，優(yōu)化后的材料在250庫(kù)倫下展現(xiàn)出62毫安時(shí)/克的卓越倍率性能[27]。同年5月，北京理工大學(xué)通過(guò)獨(dú)特的液固協(xié)同策略制備了具有均勻枝晶導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)的Na2.6Fe1.7(SO4)3@C復(fù)合正極材料，實(shí)現(xiàn)了108.29毫安時(shí)/克的高可逆放電比容量和超過(guò)400瓦時(shí)/千克的質(zhì)量能量密度，并在-25℃到60℃的寬溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)出穩(wěn)定的性能[28]。
4、鋅離子電池
循環(huán)壽命突破：2024年6月，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)出非犧牲性陰離子型表面活性劑來(lái)穩(wěn)定鋅負(fù)極，組裝電池的平均庫(kù)倫效率高達(dá)98.15%，電池的循環(huán)壽命提升了30倍[29]。2025年4月，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)通過(guò)引入溴化物鹽添加劑，利用Br-/Brn-氧化還原對(duì)作為“死硒復(fù)活劑”，實(shí)現(xiàn)了可逆的六電子Se2?/Se?/Se??轉(zhuǎn)換反應(yīng)。基于此制備的Zn||Se電池在50個(gè)循環(huán)后保持1246.8毫安時(shí)/克的容量[30]。
5、金屬-空氣電池
催化活性突破：2024年6月，清華大學(xué)采用大數(shù)據(jù)方法系統(tǒng)建立了面向金屬-空氣電池正極材料的雙功能催化構(gòu)效關(guān)系的“材料基因組”，通過(guò)理性設(shè)計(jì)構(gòu)筑的復(fù)合雙功能催化劑創(chuàng)紀(jì)錄實(shí)現(xiàn)了電壓差（ΔE）=0.57伏的超高催化活性[31]。
三、我國(guó)新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)布局建議
我國(guó)在新型電化學(xué)儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)及制造上具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模領(lǐng)先。但在儲(chǔ)能電池機(jī)理研究、前沿技術(shù)突破、集成系統(tǒng)、改進(jìn)封裝設(shè)計(jì)以及應(yīng)用新材料等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，在離子傳導(dǎo)膜、電解液、雙極板等關(guān)鍵材料制造上距離技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。為此，建議加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)攻關(guān)，具體包括：
1、基礎(chǔ)理論
發(fā)展新型電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化機(jī)制，開(kāi)發(fā)服役工況下電化學(xué)儲(chǔ)能器件和系統(tǒng)的原位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)表征技術(shù)、多尺度大系統(tǒng)模擬優(yōu)化技術(shù)，研究電化學(xué)儲(chǔ)能器件在寬溫域、柔性條件下的適用性，助力長(zhǎng)壽命、低成本、高能量密度、高安全和易回收的新型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)發(fā)。
2、本體制造
全固態(tài)電池重點(diǎn)開(kāi)發(fā)寬溫域、兼顧高電導(dǎo)率與化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性的固體電解質(zhì)材料；新型高價(jià)離子多電子轉(zhuǎn)移正極材料；高容量、高穩(wěn)定性負(fù)極材料；電極/電解質(zhì)形成的固-固界面優(yōu)化；相關(guān)材料與電池的設(shè)計(jì)與規(guī)?；圃旒夹g(shù)。鈉離子電池重點(diǎn)開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異的正極、負(fù)極和電解質(zhì)材料。其中正極材料包括層狀過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子類化合物等；負(fù)極材料包括硬碳材料、鈦基材料；電解質(zhì)方面發(fā)展高壓、寬溫等高兼容性電解質(zhì)和非燃電解質(zhì)提升體系的安全性能。液流電池重點(diǎn)探索低成本、高能量密度的長(zhǎng)壽命液流電池新體系；開(kāi)發(fā)有機(jī)系、多電子轉(zhuǎn)移水系液流電池；開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性電解液、高選擇性低成本離子傳導(dǎo)膜、高反應(yīng)活性電極；開(kāi)展電堆設(shè)計(jì)及系統(tǒng)模塊集成設(shè)計(jì)研究等。鋅離子電池重點(diǎn)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)、提升材料性能，顯著增加電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性；創(chuàng)新負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少鋅負(fù)極的沉積行為，抑制鋅枝晶的形成；優(yōu)化電解液材料，進(jìn)一步提升電池的安全性和環(huán)保性能。金屬-空氣電池重點(diǎn)圍繞電極材料設(shè)計(jì)包括空氣電極的氧電催化材料、金屬電極保護(hù)材料、電解質(zhì)的相態(tài)和添加材料、隔膜的選擇滲透能力。
3、系統(tǒng)集成
重點(diǎn)關(guān)注高壓級(jí)聯(lián)技術(shù)、構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智化和數(shù)字孿生技術(shù)等，以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能、安全性和運(yùn)行效率；研究多元儲(chǔ)能系統(tǒng)的集成和協(xié)同運(yùn)行，優(yōu)化資源配置，提高電力系統(tǒng)的新能源利用率；實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、液冷技術(shù)、直冷技術(shù)等安全防護(hù)措施，以提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和可靠性。
