在“碳中和”的目标背景下，储能的重要性日益增长。储能是实现“碳达峰、碳中和”目标的最重要支撑技术之一，与光伏、风电等新能源发电相结合，储能缓解可再生能源稳定性差的问题，提供调峰、调频、AGC、黑启动等辅助服务，保障电网安全。此外，储能还可以起到削峰填谷的作用，为住宅、工业和商业用户节约用电成本。随着政策推动、电力市场改革的深化，储能应用场景将会更加多元，进入快速发展阶段。
1.新型储能技术的研究
2022年2月国家发展和改革委员会、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》明确了发展目标：到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。新型储能技术创新能力显著提高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟。其中，电化学储能技术性能进一步提升，系统成本降低30%以上;火电与核电机组抽汽蓄能等依托常规电源的新型储能技术、百兆瓦级压缩空气储能技术实现工程化应用;兆瓦级飞轮储能等机械储能技术逐步成熟;氢储能、热（冷）储能等长时间尺度储能技术取得突破。
到2030年，新型储能全面市场化发展。新型储能核心技术装备自主可控,技术创新和产业水平稳居全球前列，市场机制、商业模式、标准体系成熟健全，与电力系统各环节深度融合发展，基本满足构建新型电力系统需求，全面支撑能源领域碳达峰目标如期实现。
电化学储能将成为主流储能技术。在不同储能技术路线中，当前抽水蓄能储能装机规模占比超90%。然而，抽水蓄能存在地理位置限制、电站建设周期长、前期投资大等缺陷。相比之下，电化学储能具备地理位置限制小、建设周期短、成本持续下降等优势，已成为近年来增长最快的储能方式，其市场占比由2017年的不到1%，快速提升至2022年的20%左右。预计未来电化学储能将成为主流储能技术，储能电池有望在电网侧和用户侧场景应用更加丰富，为行业发展带来持续动力。
电化学储能技术路线不断创新，其技术多元化发展趋势明显。除磷酸铁锂电池外，新型电化学储能技术也在不断创新和发展。研究院将围绕新型电化学储能技术和低碳能源技术发展趋势，面向更安全、更长使用寿命、全生命周期更低成本、制造过程更低碳排放等目标，在半固态/全固态锂离子储能电池、钠离子储能电池、新型镍-氢气电池、全钒液流电池、金属空气电池等方向进行理论创新研究、中试验证和产业化成果转化。针对新型储能在电源侧、电网侧、用户侧等各类不同应用场景，深化不同应用场景下储能装备、系统集成、规划设计、调度运行、安全防护、测试评价等方面的关键技术研究，开展不同技术路线和多时间尺度新型储能技术开发、创新引领和试点示范。
2.储能安全诊断及预警技术研究
随着电化学储能逐渐成为主流储能技术，电池安全成为行业关注重点。近来年，国内外锂电池储能系统均有火灾事故发生，造成了严重的经济损失及社会影响。安全问题已逐渐成为锂电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。
影响电化学储能电站安全的因素，包括电芯层级、系统层级和全生命周期运营层级的安全开发。电芯层级的安全开发侧重于电芯设计、生产、质量、性能边界等维度；系统层级的本地安全开发，侧重点在电池状态的实时估计及告警，如电压、电流、温度、SOC、容量，绝缘等，及热失控安全的抑制与防护、消防等；全生命周期运营层级的安全开发，包括云端安全预警从全生命周期运营的角度出发，基于数据模型、数字孪生、AI人工智能技术等，通过实时监测、性能评估和故障诊断，实现对电站电池运行状态的全生命周期数据监测、分析和预测预警等功能。
研究院将把储能电池安全作为技术开发的第一位，从电池的本征安全、系统安全、早期预警、后端运维管控与防护等方面开发多项前沿技术。突破全过程安全技术。突破电池本质安全控制、电化学储能系统安全预警、系统多级防护结构及关键材料、高效灭火及防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，支撑大规模储能电站安全运行。突破储能电池循环寿命快速检测和老化状态评价技术，研究多元新型储能接入电网系统的控制保护与安全防御技术。
研究院将开发基于声、热、力、电、气多物理参数的储能系统智能安全预警技术，结合仿真、实验手段的进步，明确安全指标阈值，并充分考虑储能系统投运后容量衰减、老化过程伴随的安全性能演变，构建覆盖多体系、多场景、多要素，融合动静态指标的安全性能等级评价体系，发展涵盖“单体-模组-簇-系统-电站”层层分级的储能系统安全性能等级评价技术。同时，制定国际适用的储能系统安全性能等级评价标准，为全球储能安全提供中国方案。
3.战略性能源金属资源的高效提取和利用新技术研究
锂、钴、镍、钨、钼、钒、铟、镓、锗、稀土和铂族元素等战略性能源金属资源的高效绿色提取是我国新能源与新能源汽车产业发展的基础性保障。碳中和研究院将依托单位的矿业、冶金与材料等多学科交叉融合优势，开展新能源战略金属资源高效提取的基础理论研究和关键技术开发，主要包括：
①低品位复杂资源短流程提取与利用新技术：针对我国低品位难提取的战略性能源金属资源，研究选-冶结合的复杂低品位多金属矿产资源的分选富集、多金属元素的同步提取与定向分离基础理论。开发从红土镍矿、钛铁矿等难冶氧化矿提取制备镍、钴、钛基能量存储多元材料技术，从锌铟锡铜共伴生金属矿提取制备铟-锡、铜-锌-锡-硫、铜-铟-镓-硒等能量转换多元材料技术，从辉锑矿、辉钼矿和辉铋矿等有色金属硫化矿短流程制取化合物半导体材料新技术。开发由低品位复杂有色金属资源短流程制备能源转换与储存材料系列增值冶金新技术。
②非常规低品位复杂锂资源的清洁高效提锂新技术：针对锂云母、锂黏土矿、含锂固废等非常规锂资源，研究建立高效浮选、矿相解离、选择性分离提取新技术。针对盐湖卤水、油田卤水和热液卤水等复杂低品位卤水锂资源，研究多温多元盐水体系溶液化学和相化学基础理论，建立基于活度和电位调控的离子反应差异性的放大机制和调控方法，构建电化学分离提锂新体系，开展模拟仿真与反应工程学研究，形成整套工艺技术与装备技术。
③能源金属资源绿色高效分离与高纯化新技术：针对我国稀有、稀土、稀散三稀资源传统物理提纯技术存在的杂质分离难且不彻底、生产效率低难题，研究三稀金属中杂质的深度去除机制，建立不同的热场、压力场作用下的杂质相在多维界面的迁移模型，开发新型高效的真空蒸馏、区域熔炼等提纯新技术，实现三稀高纯金属中痕量杂质的深度去除。解决三稀金属资源直接制备功能材料时化学成分、物相结构和形貌的协同调控难题，构筑三稀金属资源短流程制备高纯新材料的基础理论与关键技术。结合新兴自动识别与5G技术，研制成套高纯、超高纯三稀金属制备装备，实现高纯化过程精确控制和智能化调节，获得高纯三稀战略金属材料。
4.电解水制氢和氢能利用技术研究
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体，也是战略性新兴产业和未来展业重点发展方向，在交通、工业、建筑、电力等多领域拥有丰富的落地场景，未来有望获得快速发展。氢能主产业链可概括为“氢能制取、氢能储运、氢能加注、氢能能力转换、氢能使用”等环节。2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021)》，明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是战略性新兴产业的重点方向，将氢能产业上升至国家能源战略高度，推动着电解水制氢和氢能产业快速发展。
电解水制氢是指通过电解水的方式将水分解成氢气和氧气。电解水制氢技术相对于其它制氢技术，具有环保、简单易行、高效、易于控制等诸多优点，成为制氢的重要手段之一。同时，电解制氢也可以与可再生能源（如风能、太阳能）结合使用，以实现绿氢的生产。
现阶段电解水制氢成本较高，首先是制氢的电费成本占80%以上。要想降低电解水制氢的成本，就需要研制高效、低成本或非贵金属的催化剂，需要提升大电流密度下催化剂材料的催化活性、稳定性，降低析氢过电位，提升制氢法拉第效率和制氢纯度，降低电解水制氢电耗。
氢能的产业链包括制氢、储氢、运氢、用氢四个主要环节。储氢是氢能产业链的关键瓶颈环节，氢储运过程中存所储氢效率低、安全隐患大、成本高等难题。固态储氢技术是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合，来实现氢气的储存。固态储氢为储氢环节新兴技术，相较于高压气体储能和低温液态储氢具备高安全性、高体积储氢密度、快速充放氢、运输便捷等优势，并为业界所重视。目前主流固态储氢路线为金属氢化物，包括镁系、钛系、钒系、稀土系及复合储氢合金等。固态储氢技术应用前景广阔。
4.1高效光/电化学绿色制氢催化材料技术
针对太阳能、风能等间歇性可再生能源发电制氢系统，通过材料形貌可控制备、缺陷工程、界面工程等研究，发展高活性、低成本、长寿命电解水制氢催化材料，实现电解水制氢过电势≤350mV@10mA/cm2，10000次循环后过电势衰减≤20mV；针对太阳能直接制氢的光催化分解水体系，通过光生电荷分离强化研究，发展高效稳定的光催化材料，实现太阳能制氢效率超过2%，推进太阳能分解水制氢技术规模化应用。
4.2安全致密低成本氢能储输技术
聚焦氢气催化合成甲醇/甲醇催化释氢、氢气催化合成氨/氨催化释氢等安全致密低成本氢能储输新技术，开展光/电/热催化材料制备及构效关系研究，发展高效稳定的氢气化学转化和氢气释放催化剂，有效降低氢能储输过程能耗，提高储输效率，实现释氢选择性>99%，建立具有自主知识产权、与氢能绿色制取系统及高效氢燃料电池系统兼容匹配的氢能储输技术与装备。
4.3高效质子交换膜燃料电池关键材料技术
以推进燃料电池关键材料国产化为目标，研发高活性长寿命低铂/非铂/非贵金属催化剂，实现氧还原催化膜电极活性 ≥ 0.04A/cm2@0.9V，30000次循环（0.6V-0.95V）活性衰减<40%；研发基于炭纤维气流制网无纺布的高质量碳纤维纸，使材料关键性能指标达到世界先进水平（垂直向透气率>2000 ml·mm/ (cm2·h·mmAq)，垂直向电阻率<65mΩ·cm）；研发高温燃料电池（120-250 ℃）质子交换膜膜材料，实现质子传导率>0.1 S cm-1。
4.4高比能金属燃料电池及关键材料技术
基于Al等高含能金属，研发低成本长寿命高比能长寿命金属燃料电池（能量密度>500Wh/kg，工作寿命>1500h），突破高活性高稳定性非贵金属电催化剂可控合成、空气扩散正极仿生设计、金属阳极自腐蚀抑制、电解液缓释、金属再生循环等关键技术瓶颈，构建“金属-燃料电池-清洁能源”实现金属再生的闭环产业。
5.混合储能技术研究
为推动实现碳达峰碳中和目标，加快建设高比例可再生能源的新型电力系统成为我国能源事业发展的重要任务。目前，风电、光伏发电存在间歇性、随机性、波动性等问题，现有电力系统要接受和消纳大规模高比例波动性强的风电、光伏发电存在难度，亟需发展各类储能以弥补电力系统灵活性调节能力缺口。随着高比例可再生电力的接入，大规模储能技术的应用成为刚需。单一储能技术和储能产品很难同时满足功率密度、能量密度、使用寿命、安全和成本的综合性要求。因此需要采用性能更加合适的混合储能系统。
混合储能技术提供了一种新的解决方案——搭配两种和两种以上的储能路线或电池，取长补短，结合能量型储能器件的持久性和功率型储能的快速响应能力，平衡瞬时功率和长时能量的差异化工况需求，同时在“高安全、低成本和长寿命”的能源技术不可能三角上寻求技术突破。
混合储能技术是目前电力系统储能领域的研究重点，与传统单一储能技术相比，混合储能技术结合了多种不同储能方式，综合利用了多种技术的优势，弥补了单一储能技术的缺陷，同时也克服了储能系统运行效率不高、成本偏高等问题，是解决分布式电源输出功率间歇性问题的有效途径。同时，混合储能技术更为灵活与智能化，通过计算机、物联网等新技术手段，能够对储能系统中各种储能设备进行协调控制，使得整个系统的储能效率得到最大化提升，同时实现对供电网络的动态调节和优化调度，增强微电网的运行稳定性及供电质量。
混合储能是一种综合利用多种储能技术的新型能源技术，具有很好的发展前景和性能优势，但在应用过程中，也面临着各类技术问题和课题。混合储能系统具有状态耦合、输入耦合、环境敏感性和寿命衰退等特点，这就导致在混合储能系统的运行过程中，存在多个储能设备之间相互影响的情况，不同的储能设备具有不同的优点和缺陷，如何合理地利用各种储能设备，保证系统的高效稳定运行，是一个需要攻关的技术难题。同时，混合储能系统需要兼顾多种电力市场需求，也需要考虑到储能设备的类型、充电和放电速度等因素，这使得混合储能系统的出力决策和分配难度增大。同时，不同类型的储能设备之间存在着相互作用和协作的关系，管理与调度非常复杂，如何实现系统调控面临的多元化发展需求，是当前需要解决的难题。
研究院将围绕混合储能技术的难点课题，重点研究不同应用场景下多类储能技术混合联动机理，开发多能量源混合柔性调度技术，根据不同的负荷需求和储能设备状态，结合控制算法和数据分析方法，构建考虑多能量源设备优化调度策略，提高混合储能系统的安全性、灵活性和适应性；同时，利用MATLAB等工具建立混合储能系统的寿命计量仿真模型，根据混合储能系统的实际数据进行仿真和优化。通过对不同储能设备之间的协作、充放电策略等方面进行深入研究，延长混合储能系统的使用寿命；运用多目标规划模型和基于大数据的人工智能模型，平衡混合储能系统的出力、安全性、寿命、经济性等因素，实现优化的出力决策与分配，以满足各种负荷需求。
