1、硅基電池

鋰離子電池傳統上使用石墨陽極，但研究人員和公司現在開始關注硅陽極。 以硅為主的陽極對鋰離子的結合能力是石墨離子的 25 倍。 然而，此類板存在電導率低、擴散速率慢以及鋰化過程中體積波動大的問題。 這種限制會導致硅粉化和固體電解質界面（SEI）的不穩定。

為了規避這一挑戰，采用了兩種主要策略：納米技術和碳涂層。 在前一種方法中，使用各種納米級硅陽極，與塊狀硅陽極相比，其具有高表面積、更高的循環壽命和倍率穩定性。 它們還可以承受鋰化和脫鋰而不破裂。 碳涂層采用納米Si與不同碳材料的組合，形成高性能Si/C納米復合陽極。 近年來，雜原子摻雜碳作為鍍劑引起了人們的廣泛關注。 雜原子摻雜的Si-C電極與鋰離子的結合比與碳原子的結合更強，從而具有優異的電物理性能和穩定的電導率。

由于硅基電路板具有低成本和增強車輛和智能手機功能的潛力，因此產生了許多商業利益。 競爭非常激烈，包括 Sila 和 在內的許多初創公司都在將硅主導的鋰離子電池商業化。

2. 高溫鈉硫（RT-NaS）電池

由于鈉離子和鋰離子具有相似的化學和物理性質，因此最有前途的鋰硫電池替代品之一是鈉硫電池。 此外，電池運行需要低溫（>300°C）。 作為一種有前途的替代方案，低成本 RT-NaS 電池系統已經引起了人們對大規模電網應用的廣泛研究興趣，并提高了安全性。 然而，由于電池內部反應復雜，RT-NaS電池的理論容量較低。

2018年，人們使用各種方法來解決RT-NaS電池的問題。

由博士領導的麻省理工學院研究團隊專注于膜，以解決 RT-NaS 陽極和陰極組件之間 β 碳化硅陶瓷電解質膜的延展性和脆性問題。 他們證明，涂有滲碳鈦堿液的鋼網可以作為工業規模存儲系統更堅固、更靈活的材料。 這種方法為電池設計開辟了新途徑，因為它也可以應用于其他熔化電極電池物理。

一種給電池充電的新方法。 RT-NaS金屬網電板

· 澳大利亞臥龍崗學院的研究人員專注于電極設計。 他們構建了一種高效的硫陰極，其中鈷原子錨定在中空碳納米球的孔隙中。 合成的正極表現出優異的電物理性能。

鈷納米顆粒修飾空心碳的合成示意圖

· 在《自然》雜志最近發表的一項研究中，科學家們使用了一種具有高電物理性能和更高安全性的多功能氯化物鹽電解質。 該方法可應用于各種鈉基可充電電池系統，以推廣低成本和高性能的儲能設備。

常規1M PC電解液和（右）PC：含10mM In的電解液示意圖

雖然 RT-NaS 電池仍處于開發的早期階段，但像 Ph.D. 這樣的公司。 （由博士領導的麻省理工學院衍生公司）的目標是改進電池設計。 通過上述持續的研究工作和方法，下一代基于 NaS 的儲能技術將很快成為現實。

3.質子電池

許多研究工作旨在生產高性能質子交換膜（PEM）燃料電池。 然而，質子交換膜燃料電池的可行性受到其高成本、甲烷運輸和儲存的挑戰。

皇家墨爾本理工大學的一個研究小組最近首次報告了質子電池的技術可行性。 它由兩部分組成：用于儲存水下氫氣或質子的碳電極和用于利用氫氣發電的可逆質子交換膜燃料電池。 該電池設計具有創新性，因為它使用活性炭作為電極，其價格低廉、儲氫量豐富且結構穩定，可用于儲氫，但微孔材料內的少量液態酸可將質子傳導至可逆電池質子膜或從可逆電池質子膜中傳導出來。 使用這些電池，可以實現 1.8V 的電流。

盡管這是朝著高效氫動力能源生產邁出的重要一步，但該技術的商業化還有很長的路要走。 該團隊擔心電池將在五到六年內上市。 ABB 和 ABB 還在測試兆瓦級推進裝置，以使用氫燃料電池為商用和渡輪提供動力。 由于這種電池根本不需要鋰離子，不僅使用鉑作為催化劑，而且其他材料價格低廉且豐富，因此可能成為目前鋰離子電池的主要競爭對手。

4.石墨雙離子電池

近年來，使用鋰以外的金屬的雙離子電池（DIB）引起了人們對大規模固定儲能的興趣。 研究工作是通過降低電解質的離子濃度和電極存儲電荷的能力來降低DIB的能量密度。

研究人員展示了一種新型無鋰石墨雙離子電池，稱為石墨雙離子電池（GDIB），使用石墨陰極和鉀陽極。 研究小組確定了一種用于 DIB 的無鋰電極-電解質組合，以降低電池的能量密度。 他們使用濃縮電解液，事實證明其效率與鋰離子電池一樣。

·利用鋁鹽電解液，研究團隊首次開發出石墨-石墨雙離子電池()。 該電池板價格便宜、環保，并且具有出色的循環和速度性能，使其適合未來的儲能應用。

· DIB的另一個有前途的方式是，華東理工學院的研究人員報告了鋅/石墨雙離子電池的進展。 由于離子電解質具有許多吸引人的特性，包括抑制鋅表面枝晶的生成、低揮發性、不可燃性和低熱穩定性，因此用于工業應用的高性能和安全的鋅/石墨離子電池將很快成為現實。

5、鋁離子電池

人們正在研究鋁作為鋰離子電池的潛在替代品，鋰離子電池儲量豐富、價格低廉、容易獲得且價格低廉。 格拉斯哥聯邦理工學院的德國研究人員提出了兩項??新技術，成為鋁基電池商業化的墊腳石。

? 第一種是用于這些面板的耐腐蝕涂層材料、滲碳鈦(TiN) 陶瓷。 TiN涂層材料優異的氧化穩定性使該電池獲得高能量密度、高庫侖效率和高循環容量。 由于TiN集流體具有優異的耐腐蝕性，它們甚至可以用作鎂、鈉或鋰離子電池的高壓正極材料。

另一個有前途的解決方案是在鋁離子電池中使用高性能正極材料。 此類電池通常使用石墨基陰極，其由氯氮化物陰離子改性。 研究人員使用定制電池測試了聚芘及其衍生物聚（甲基芘-共聚芘）作為陰極材料，發現它們存儲的能量與石墨陰極相同。 據悉，聚芘還為可充電鋁離子電池的開發提供了許多其他可能性，包括低成本、高產量、生產可擴展性以及成分和結構的可調性。

聚芘正極和氯氮化物離子液體充電時可充電鋁電池工作原理示意圖

這項研究成果顯示了鋁離子電池作為一種廉價的行業存儲解決方案商業化的巨大潛力。