电池引领储能发展 

电池是一种能量储存装置，可以按需释放能量。日用电池将化学能直接转换成电能，而Nant de Drance抽水蓄能电站则更偏向蓄电功能。 项目建设在瑞士阿尔卑斯高山上，蓄电量相当于电动汽车上的400,000块动力电池。

抽水蓄能电站使用水力发电机，利用上下两个人工湖泊组成的双水库系统发电。在用电高峰期，上池水库放水发电。如果电能过剩，水会被抽回并储存起来，以备日后使用。 

抽水蓄能电站令人震撼，但不同于人们日常生活中大量使用的便携式电池。传统电池是指电化学电池，或内部有电流流动的电池。 

在工业生产竭力减少碳排放的过程中，电化学电池的重要性愈加突出。电池为电动汽车供电，储存光伏电板、风力发动机发电产生的电能，确保电网稳定运行。在后两类应用中，电池对于经济有效地扩大可再生能源规模至关重要。 

电池的环境影响特点明显，涉及矿物开采和报废处置过程，需要对整个生命周期进行全面细致的分析。确保能源转型不是由一组环境问题变身为另一系列环境污染。

电化学电池可以分为原电池、充电电池和储备电池三大类，其内部结构存在差异。基于所使用的金属和电解质材料，以及电池的最终用途进行分类。

原电池又名一次电池，不支持充电操作，使用后直接丢弃。手电筒等便携式设备和其他大型电子产品通常使用原电池。包括干电池、碱性电池、锌电池和锂电池等。

碱性电池是最常用的原电池。也是一种高性价比的选择，在整个使用寿命内始终保持稳定的放电率，性能可靠。碱性电池虽然使用方便，但不能多次充电，并不是环保选择。

充电电池又被称之为二次电池，支持多次充电，可以重复使用。不同于一次性使用的原电池，充电电池利用外部的电能实现逆向电化学反应，实现多次充电。电池的化学结构各式各样，有铅酸电池、镍镉电池（Ni-Cd）、镍氢电池（Ni-MH），以及锂电池（锂离子）。通常，充电电池的价格高于原电池，部分电池还需要进行适当的防过热处理，避免过热引起火灾或爆炸。

储备电池非常少见。同原电池和充电电池的最大差别在于，储备电池在激活前内部组分保持分离状态。通常，将电解质与其他组分隔离开来。

储备电池避免了电池的自放电问题，有效防止化学特性劣化。大多数储备电池都是热敏电池，一般只用于军事设备。

文章还重点介绍了最常用的可充电的锂电池（锂离子）。

锂电池使用寿命长，能量密度高，电压性能理想，是各类应用的首选。涵盖迷你助听器、手机、计算机、电动单车、电动汽车，甚至大规模电网级储能应用。

通常，锂电池的阳极（负极）和阴极（正极）使用不同的材料。电极可以选用任意导电材料，比如金属、半导体、石墨或导电性聚合物。

正极材料决定锂电池的性能、充电次数和使用寿命。阳极和阴极之间注满电解质，运输带正电荷的锂离子，隔膜阻止电池内部的电子运动，仅允许锂离子通过。

带负电荷的阳极发生氧化反应，释放电子，电子向外运动。大多数锂电池的负极材料使用石墨混合卷材，是地下开采的天然石墨和加热石油焦提取的合成石墨的合成产物。石墨混合卷材为多层内部结构，充电时锂离子运动至分层结构内，放电时反向运动。

阴极是电池正极，发生还原反应。锂电池可选氧化钴锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等多种阴极材料。在充放电循环过程中，阴极的晶体结构接收或排放锂离子。

锂电池制造商需要高纯度的优质矿物原料。因此，阴极和阳极成本超锂电池制造成本的一半。精密组装阴极、隔膜、阳极和集电器，包括单个组件放置和包裹操作。

锂电池已问世近30年，实现了指数级增长。

铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等其他电化学充电电池的历史已超过一个世纪。以下将逐一分析它们的利弊。

19世纪末发明的铅酸电池至今仍在广泛使用。这类电池具有高成本效益，可回收再利用，无需复杂的电池维护管理系统。相比之下，能量较低，充电次数有限。铅酸电池为轮椅、高尔夫球车、应急照明和内燃机提供动力。众所周知，铅是有毒元素，因此铅酸电池需要专业的报废处理。

镍镉电池由氢氧化镍、金属镉电极和碱性氢氧化钾电解液组成。突出优点的充电速度快，缺点是自放电率高。同铅一样，镉属于有毒元素。

镍氢电池的性能明显优于镍镉电池，其单位充电密度提高30%，自放电速率大幅降低。不过，充电时间较长，反复充电后容量下降明显。

与其他类型的充电电池相比，锂电池引领现代充电电池的发展方向。与前三种电池相比，锂电池性能更加优秀，具有高能量和功率密度，以及出色的重量能量比。不过，锂电池极易燃，必须采取电路保护措施，谨慎操作。

新一代创新锂电池即将问世。比如锂硫电池，放电时锂阳极被消耗，硫转化成各种化学化合物。固态电池也极具潜能，但尚未从实验室正式转入产业化生产应用。

在意义深远的能源转型实践过程中，电池的发展影响人类生活的方方面面。关系到所使用的原材料，金属矿物质的具体储存和开采地点， 以及如何处置或回收再利用这些矿物资源。可持续电池技术开发必须重视关键原材料，深入细致思考矿物来源、处置和回收再利用问题。