重庆
来源：微算云平台
水系电池正从实验室走向电网级储能。然而，一款在标准指标上表现优异的电池，在电网中可能依然无法提供太多实际价值，其余电网的需求千差万别。
电网储能服务，包括多日平衡、日间能量转移、频率调节、备用与韧性保障，对放电时长、循环频率、响应时间、效率和可用性提出了各不相同的要求。同样，水系电池的范围涵盖了成熟的铅酸和铅碳体系，到尚不成熟的空气基、镍基、锌基以及氧化还原液流架构。因此，问题不在于水系电池能否在常见的电池级指标上超越其他电池技术，而在于哪些架构能够可靠且经济地满足特定的电网需求。
成果简介
近日，复旦大学赵东元院士，南开大学陈军院士，中国科学技术大学徐铜文院士，香港城市大学郭再萍院士，以及清华大学康飞宇教授，中国科学院大连化学物理研究所李先锋研究员，香港大学支春义教授，南洋理工大学范红金教授，香港中文大学卢怡君教授，南开大学牛志强教授，复旦大学晁栋梁教授和周万海副研究员等人讨论了水系电池在未来规模化中的应用定位与产业化发展路径，重新审视了不同水系电池技术的未来发展思路。
相关文章以“Aligning aqueous battery development with grid needs”为题发表在Nature reviews electrical engineering上！
图文导读
要点一：将架构与电网服务相匹配
水系电池在电网储能中的应用，取决于其架构如何针对不同服务需求扩展能量、功率和寿命。铁-空气系统通过增加低成本活性物质来优先扩大能量库存，适用于超长时储能。氧化还原液流电池则将能量储存在电解液中，通过扩大电解液体积延长时长，并因其快速响应潜力适用于调频。锌基电池的能量与功率在内部紧密耦合，其中锌-镍侧重高功率，锌-锰侧重低成本固定储能，但其系统级价值取决于能否长期控制枝晶、腐蚀和析氢。镍-氢系统则引入承压硬件，以牺牲能量密度为代价换取耐久性。
这些架构差异直接转化为商业部署挑战，铁-空气需克服效率与占地面积劣势，液流电池需控制电解液和辅助组件的成本复杂性，锌基需实现可制造条件下的可逆性，镍-氢需证明耐久性可抵消工程复杂性。因此，实现规模化不仅需要扩大产能，每条技术路线更需在制造、系统集成和长期运行中验证其核心优势。
图1：水系电池在全球化中的布局
要点二：从电池到系统
水系电解液降低了与许多有机电解液相关的可燃性风险，但电厂安全仍然取决于气体产生、压力、泄漏、腐蚀、电气故障和辅助设备。因此，实际问题在于水系化学体系是否能减轻整套装置的防护、热管理和维护负担。经济价值必须根据预期的运行工况、目标服务所需的放电时长、循环频率和响应模式来评估。系统价值还取决于可观测性和控制能力。在锌电池中，析氢和界面不稳定性可以指示不可逆损失。在氧化还原液流电池中，电解液状态、交叉渗透和储罐失衡成为核心问题。在镍-氢电池中，氢气是正常运行的一部分。因此，状态估计应反映特定化学体系的变量，而不是依赖一套通用的电池管理信号。这些内部状态随后必须被转化为可用能量、功率和运行限制，再由电厂级控制器将其转换为有功功率调度、频率响应、无功功率支撑和电压控制。
并网储能可能被要求在电压和频率扰动期间保持连接和可控，并提供动态无功功率和电压支撑。它还可能被要求在遵守特定化学体系运行限制的前提下，协调电池管理、功率转换和能量管理系统。这些能力决定了一个资产是否能在其安装所针对的扰动期间保持可用。除非安全优势和低成本能够转化为稳定的电厂级运行和控制，否则它们提供的电网价值有限。
要点三：面向水系电池的需求驱动议程
电网需求应界定目标服务和实际运行工况。这些工况反过来又决定了实际部署的系统要求和验证指标。这一顺序应优先于传统的电化学优化。放电时长、循环频率、功率需求、响应时间、可用性和预期寿命决定了哪些电池指标至关重要。具有不同运行模式的电网资产，例如100小时铁-空气储能系统、4小时日循环资产和备用电池，不应针对相同的实验室目标进行优化。因此，电池研究应从预期的电网服务出发反向推进，而不是将应用匹配视为规模化扩大的最后阶段。
制造可扩展性和系统集成应与电化学创新共同开发，以弥合实验室与工厂之间的差距。工艺公差、良率和质量控制应针对预期电网服务所需的一致性进行评估。特定化学体系的监测应整合到系统设计中：上一节中提到的气体和电解液问题，对实时传感、维护和系统控制提出了不同的要求。试点项目应优先考虑对这些以应用为中心的标准进行可靠、高性价比的验证，而不是将产能扩张作为技术进步的主要标志。每种架构都必须证明其在目标电网服务、制造能力和持续系统性能之间实现了可信的匹配。工业进步最终应以系统全生命周期内可靠交付电网服务来衡量，而不仅仅是宣布的制造产能。
文献信息
Li, X., Zhou, W., Niu, Z. et al. Aligning aqueous battery development with grid needs. Nat Rev Electr Eng (2026). https://doi.org/10.1038/s44287-026-00349-9
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