Lagring av elektrisk energiomfattar huvudsakligen superkondensatorenergilagring och supraledande energilagring. Den förra lagrar elektrisk energi i ett elektriskt fält, medan den senare lagrar elektrisk energi i ett magnetfält. Lagring av elektrisk energi har betydande fördelar i effekttäthet och cykellivslängd, kan minska effekten av momentana strömavbrott, undertrycka lågfrekventa effektoscillationer i nätet och förbättra spännings- och frekvensegenskaper.
Supercapacitor energilagring
Superkondensatorer, även kända som elektrokemiska kondensatorer, är energilagringsenheter som lagrar energi genom ackumulering av laddning på elektrodytan. Deras energilagringsmekanism skiljer sig från traditionella batterier; de lagrar energi genom laddningen som bildas av dubbelskiktet vid elektrod-elektrolytgränsytan. Superkondensatorer har extremt hög effekttäthet, ultra-lång livslängd och snabbladdnings-urladdningsförmåga, och finner därför utbredd tillämpning i elfordon, regenerativa bromssystem, reservkraftförsörjning och nätfrekvensreglering. Energitätheten för superkondensatorer är dock relativt låg, mycket lägre än den för litium-jonbatterier, vilket gör dem lämpliga för tillämpningar som kräver kort-, hög-tillämpningar. I framtiden, med framsteg inom materialvetenskap, förväntas energitätheten för superkondensatorer öka ytterligare, och därmed utöka deras tillämpningar på energilagringsmarknaden.
Superkondensatorer kan huvudsakligen delas in i tre kategorier: elektriska dubbel-lagerkondensatorer, Faraday-kondensatorer och hybridsuperkondensatorer. Elektriska dubbel-kondensatorer använder kolmaterial som elektroder, där laddningsseparation sker vid det fasta-vätskegränssnitt som bildas av kontakten med elektrolyten, vilket skapar en elektrisk dubbel-struktur. Dessa kondensatorer genomgår fysisk laddningsadsorption och desorptionsprocesser under laddning och urladdning. Även om elektriska dubbel-kondensatorer har hög effekttäthet och lång livslängd, är deras energitäthet relativt låg. För närvarande har dessa enheter uppnått kommersiell tillämpning.
Faraday-kondensatorer använder metalloxider eller ledande polymerer som elektrodmaterial, där adsorptionskapacitans bildas genom redoxreaktioner på ytan och grunda bulkområden av dessa material. Funktionsprincipen för denna typ av kondensator liknar reaktionsprocessen i ett batteri; givet liknande elektrodytor kan den ge flera gånger kapacitansen jämfört med en elektrisk dubbel-lagerkondensator. Men när det gäller effektegenskaper för omedelbar hög-strömurladdning och cykellivslängd, presterar Faraday-kondensatorer inte lika bra som elektriska dubbel-kondensatorer. Faradays kondensatorer står dessutom inför utmaningar som höga tillverkningskostnader och att tekniken ännu inte är helt mogen.
Hybrid superkondensatorer är kända för sin höga energitäthet och långa livslängd. Även om de för närvarande befinner sig i ett tidigt skede av kommersialisering har de en enorm framtida utvecklingspotential.
Superledande energilagring
Superledande energilagring är en elektromagnetisk energilagringsteknik som använder supraledare för att lagra elektrisk energi i ett motståndsfritt-tillstånd. Dess arbetsprincip innebär att generera ett starkt magnetfält genom en likström i en supraledande spole, och därigenom lagra energi och frigöra den genom strömurladdning vid behov. Eftersom supraledare inte har något motstånd vid låga temperaturer, kan supraledande energilagringssystem uppnå extremt hög laddnings- och urladdningseffektivitet med praktiskt taget ingen energiförlust. Dessutom har supraledande energilagring extremt snabba svarstider, vilket uppnår laddning och urladdning på millisekunder, vilket gör den lämplig för momentan spänningsreglering och frekvenskontroll i kraftsystem. Kostnaden för supraledande energilagringssystem är dock hög, främst begränsad av utvecklingen av supraledande material och kryogen kylteknik. Därför är nuvarande applikationer mestadels koncentrerade till specialområden som kräver hög-kraft, kort-energilagring, som nätstabilitet och militär utrustning.
Vanliga supraledande material inkluderar låg-temperatursupraledare som Nb-Ti och Nb3Sn, och hög-temperatursupraledare som Yttrium Barium Copper Oxide (YBCO) och Vismut Strontium Calcium Copper Oxide (BSCCO). Supraledare med hög-temperatur har högre kritiska temperaturer än supraledare med låg-temperatur, vilket minskar kylningskraven och gör system för lagring av supraledande energi mer praktiska och ekonomiska.