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为解决可再生能源存储和并网难题，来自多机构的研究人员对氢和电池储能技术展开研究。他们梳理了技术进展、应用策略及挑战，其成果为构建可持续电网提供参考，推荐科研读者阅读。
在当今世界，能源问题已成为全球关注的焦点。随着对环境保护和可持续发展的重视程度不断提高，越来越多的国家将目光投向了可再生能源（如太阳能、风能等），期望借此减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放，缓解气候变化带来的压力。然而，可再生能源虽好，却存在一个棘手的问题 —— 它们具有间歇性和不稳定性。比如，太阳能依赖阳光，夜晚或阴天时就无法高效发电；风能则取决于风力大小，风停了电也就没了。这就好比一个调皮的孩子，时而活跃时而安静，难以捉摸，给电力供应的稳定性带来了巨大挑战。
为了应对这一挑战，能源存储技术应运而生。其中，氢储能（Hydrogen Energy Storage，HES）和电池储能成为了研究的热门领域。氢储能就像是一个能量的 “大仓库”，可以将多余的能量以氢气的形式储存起来，在需要的时候再释放；电池储能则如同一个灵活的 “能量宝盒”，随时为各种设备提供稳定的电力支持。但目前，这两种技术在发展过程中遇到了不少难题。传统电池系统在应对长期、大规模的能源存储时，反应速度不够快，往返效率也不高；氢储能虽然具有高能量密度、适合长期存储和良好的电网适应性等优势，但在系统优化、能源管理策略以及经济可行性等方面还存在诸多挑战。
在这样的背景下，来自巴基斯坦国家科技大学（NUST）、迪拜大学等多个机构的研究人员，决心深入探索氢储能和电池储能技术。他们的研究成果发表在了《iScience》期刊上，论文题目为 “Energy advancements and integration strategies in hydrogen and battery storage for renewable energy systems”。这项研究对氢储能和电池储能技术进行了全面且深入的回顾，探讨了它们的最新进展、各自的优缺点，以及如何将它们更有效地整合到可再生能源系统中，为构建更可靠、更可持续的电网提供了重要的参考。
研究人员在开展这项研究时，采用了多种技术方法。他们主要通过在 Google Scholar 和 Scopus 数据库中进行文献检索，筛选出 2000 - 2024 年期间发表的、与氢储能、电池储能以及可再生能源系统相关的英文文献。检索过程中，设定了特定的主题和关键词，确保收集到的文献具有针对性。随后，对这些文献进行系统分析，总结其中的研究成果、面临的问题以及提出的解决方案，从而梳理出该领域的研究现状和发展趋势 。
下面我们来详细看看他们的研究结果：
能源存储在可再生能源中的重要性
研究人员发现，能源存储在可再生能源领域至关重要，相关研究主要集中在多个方面。在多能源类型系统方面，不同的研究针对电池储能、氢储能、混合储能系统以及并网和离网系统展开。例如，有研究通过建立随机模型，模拟英国诺丁汉一个并网家庭使用电池和氢储能技术时的电力消耗情况，发现铅酸电池和氢储能分别能使当地光伏能源消耗增加 171% 和 159%，还能带来额外的年收入 。还有研究提出将氢技术与电池和可再生能源结合的离网混合系统，为电信基站供电，结果表明这种系统能降低电池容量需求，减少可再生能源的浪费 。在燃料电池和 ESS 方面，研究对比了不同储能选项，认为电解是存储氢气最有前景的方法。同时，还对新型电池技术如固态电池（SSBs）和溴基液流电池（Br - FBs）进行了探讨，分析了它们的安全性和性能提升策略。在纯氢能系统方面，研究提出了使用遗传算法（GA）控制含氢储能的独立混合可再生电力系统的策略，该策略能优化系统成本，有效管理多余能源 。
氢储能和电池储能技术概述
研究涵盖了一系列与氢储能和电池储能相关的技术和系统。在混合可再生 ESS 的发展方面，美国致力于减少交通领域对石油的依赖，研究发现合金催化剂和烃基膜可提升燃料电池性能 。在希腊小岛的研究中，发现混合储能系统能提高环境可持续性和能源独立性。还有研究提出了多种创新的储能技术，如基于甲酸的可充电氢电池、“质子流电池” 等。在氢和电池能源系统的技术创新方面，研究人员对碳纳米管、金属氢化物等材料的氢吸附和存储机制进行了研究，比较了不同制氢技术的优劣。在钌催化的
氢化用于储能的进展方面，研究发现特定的催化剂和反应条件可实现高效的氢存储和释放，同时对氧化还原液流电池（RFBs）等进行了性能优化研究 。在推进可持续交通方面，研究强调了氢基车辆技术的重要性，认为它是减少温室气体排放的关键解决方案，但目前面临基础设施建设和成本等挑战 。
氢储能的最新发展
研究人员还关注到氢储能在未来电网和材料合成等方面的发展。在未来电网方面，研究提出了结合储能和发电机的离网可再生能源系统，强调了智能微电网和混合电力系统的潜力 。同时，探讨了人工智能和机器学习在能源管理中的应用，以及对等（P2P）能源共享的发展前景。在复合材料合成与应用方面，研究了镁离子电池和复合聚合物在电池中的应用，以及沙特阿拉伯发展氢能源的潜力和挑战 。
电解槽技术和制氢的进展
在能源存储和可再生技术领域，研究人员也有不少新发现。在风电场的现场储能解决方案方面，对比了锂电池和 “电 - 氢 - 电” 储能技术，发现锂电池在降低风电损失和提高盈利能力方面表现更优 。同时，设计了一种混合微电网系统，为偏远地区供电。在氧气和氢气的生成与还原发展方面，研究了新型电池和催化剂，如完全水系钾离子电池（AKIB）和三功能催化剂，这些技术有望实现高效的能源存储和转换 。在锂电池的自修复解决方案方面，开发了高能量密度的氢 / 钒混合氧化还原液流电池和自修复聚合物电解质，提高了电池的性能和稳定性 。
氢储能方法及其对能源系统的影响
关于氢储能方法及其对能源系统的影响，研究涉及多个方面。在提高金属间化合物氢化物的吸收性能方面，研究分析了影响吸收性能的因素和材料的动态行为，提出了基于模糊逻辑控制的能源管理系统（EMS），能有效管理混合可再生能源系统 。在核壳纳米材料在能源转换和存储中的应用方面，研究提出了相关的能源管理策略，展示了太阳能 - 光伏混合电池和氢储能系统的动态运行效果 。同时，强调了核壳结构纳米材料在能源领域的应用潜力。在结合电池和氢的混合系统管理可再生能源供应变化方面，研究探讨了多孔碳材料在超级电容器和电化学氢储能中的应用，以及氢在可持续社会中的重要性和面临的存储挑战 。此外，还对大规模氢储能的地质结构进行了研究，评估了不同存储方法的可行性和成本 。
制造协同效应和成本动态
研究人员对制造协同效应和成本动态进行了分析。在优化混合太阳能、风能、电池和氢系统的可靠性和成本效益方面，提出了使用遗传算法控制独立混合可再生电力系统的策略，能优化能源使用和成本 。同时，对微电网中能源存储设备的规模优化和调度进行了研究，建立了电网连接光伏电站的技术和经济模型 。在希腊爱琴海地区可再生能源的存储系统成本和效益方面，研究发现该地区风能和太阳能潜力巨大，引入储能技术可提高可再生能源的渗透率 。在氢经济方面，强调了氢经济在脱碳中的灵活性，但也指出需要政府支持来解决清洁氢生产、存储和分配等问题 。
氢电池与其他电池类型的组合
研究人员还探索了氢电池与其他电池类型的组合应用。例如，研究了镍镉（Ni - Cd）电池、镍氢（Ni/MH）电池和铁氯化物氧化还原液流电池等，发现这些电池在氢存储和能量转换方面具有一定的潜力 。通过优化电池材料和结构，可以提高电池的性能、效率和容量，为不同的能源存储应用提供更好的解决方案 。
综合以上研究，研究人员得出结论：能源存储技术和系统集成是一个复杂的领域，涵盖了电池储能、氢储能、混合系统、并网系统和离网系统等多个方面。目前的研究在氢和电池储能技术方面取得了不少创新成果，但仍面临诸多挑战，如提高储能技术的效率、降低成本、增强安全性和解决可扩展性问题等 。未来，需要进一步加大研发投入，探索新型材料和技术，优化混合系统设计，加强储能技术与可再生能源的整合，利用先进的能源管理策略和优化技术，以推动能源存储技术的发展，实现可持续能源未来。
这项研究的意义重大。它为研究人员和政策制定者提供了全面而深入的参考，帮助他们更好地了解氢和电池储能技术的发展现状和未来趋势。通过总结现有研究的成果和不足，为后续研究指明了方向，有助于推动相关技术的进一步创新和发展 。在政策制定方面，研究结果可以为政府制定合理的能源政策提供科学依据，促进能源存储技术与可再生能源的有效整合，推动向可持续、氢基经济的转型，为全球能源领域的可持续发展贡献重要力量。
