Lưu trữ năng lượng điệnchủ yếu bao gồm lưu trữ năng lượng siêu tụ điện và lưu trữ năng lượng siêu dẫn. Cái trước lưu trữ năng lượng điện trong điện trường, trong khi cái sau lưu trữ năng lượng điện trong từ trường. Bộ lưu trữ năng lượng điện có những lợi thế đáng kể về mật độ năng lượng và vòng đời, có thể giảm tác động của việc mất điện tức thời, ngăn chặn các dao động điện tần số thấp trong lưới điện và cải thiện các đặc tính điện áp và tần số.
Lưu trữ năng lượng siêu tụ điện
Siêu tụ điện hay còn gọi là tụ điện hóa là thiết bị lưu trữ năng lượng, lưu trữ năng lượng thông qua sự tích tụ điện tích trên bề mặt điện cực. Cơ chế lưu trữ năng lượng của chúng khác với pin truyền thống; chúng lưu trữ năng lượng thông qua điện tích được hình thành bởi lớp kép ở bề mặt điện cực-điện phân. Siêu tụ điện có mật độ năng lượng cực cao,-tuổi thọ cực dài và khả năng phóng điện-nhanh, do đó tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong xe điện, hệ thống phanh tái tạo, nguồn điện dự phòng và điều chỉnh tần số lưới điện. Tuy nhiên, mật độ năng lượng của siêu tụ điện tương đối thấp, thấp hơn nhiều so với pin lithium{6}}ion, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng yêu cầu các ứng dụng năng lượng cao,-ngắn hạn-. Trong tương lai, với những tiến bộ của khoa học vật liệu, mật độ năng lượng của siêu tụ điện dự kiến sẽ tăng hơn nữa, từ đó mở rộng ứng dụng của chúng trong thị trường lưu trữ năng lượng.
Siêu tụ điện có thể được phân loại chủ yếu thành ba loại: tụ điện hai lớp, tụ điện Faraday và siêu tụ điện lai. Tụ điện hai lớp-sử dụng vật liệu cacbon làm điện cực, tại đó sự phân tách điện tích xảy ra ở bề mặt chất lỏng-rắn được hình thành do tiếp xúc với chất điện phân, tạo ra cấu trúc lớp điện-kép. Những tụ điện này trải qua quá trình hấp phụ và giải hấp điện tích vật lý trong quá trình sạc và xả. Mặc dù tụ điện hai lớp-có mật độ công suất cao và tuổi thọ dài nhưng mật độ năng lượng của chúng tương đối thấp. Hiện nay, các thiết bị này đã đạt được ứng dụng thương mại.
Tụ điện Faraday sử dụng oxit kim loại hoặc polyme dẫn điện làm vật liệu điện cực, trong đó điện dung hấp phụ được hình thành thông qua các phản ứng oxi hóa khử trên bề mặt và các vùng khối nông của các vật liệu này. Nguyên lý hoạt động của loại tụ điện này tương tự như quá trình phản ứng trong pin; với diện tích bề mặt điện cực tương tự nhau, nó có thể cung cấp điện dung gấp vài lần tụ điện hai lớp. Tuy nhiên, xét về đặc tính công suất đối với dòng điện-có mức phóng điện cao tức thời và tuổi thọ của chu kỳ, tụ điện Faraday không hoạt động tốt như tụ điện hai lớp điện. Hơn nữa, tụ điện Faraday còn phải đối mặt với những thách thức như chi phí sản xuất cao và công nghệ chưa hoàn thiện.
Các siêu tụ điện lai nổi tiếng với mật độ năng lượng cao và tuổi thọ dài. Mặc dù hiện đang ở giai đoạn đầu thương mại hóa nhưng chúng có tiềm năng phát triển rất lớn trong tương lai.
Lưu trữ năng lượng siêu dẫn
Lưu trữ năng lượng siêu dẫn là công nghệ lưu trữ năng lượng điện từ sử dụng chất siêu dẫn để lưu trữ năng lượng điện ở trạng thái không có điện trở. Nguyên lý hoạt động của nó liên quan đến việc tạo ra từ trường mạnh thông qua dòng điện một chiều trong cuộn dây siêu dẫn, từ đó lưu trữ năng lượng và giải phóng năng lượng qua quá trình phóng điện khi cần thiết. Do chất siêu dẫn không có điện trở ở nhiệt độ thấp nên hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn có thể đạt được hiệu suất nạp và xả cực cao mà hầu như không bị thất thoát năng lượng. Hơn nữa, bộ lưu trữ năng lượng siêu dẫn có thời gian đáp ứng cực nhanh, đạt được mức sạc và xả tính bằng mili giây, khiến nó phù hợp cho việc điều chỉnh điện áp và điều khiển tần số tức thời trong hệ thống điện. Tuy nhiên, giá thành của hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn cao, chủ yếu bị hạn chế bởi sự phát triển của vật liệu siêu dẫn và công nghệ làm mát đông lạnh. Do đó, các ứng dụng hiện tại chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực đặc biệt yêu cầu lưu trữ năng lượng-cao, ngắn hạn{7}}, chẳng hạn như độ ổn định của lưới điện và thiết bị quân sự.
Các vật liệu siêu dẫn phổ biến bao gồm các chất siêu dẫn nhiệt độ-thấp như Nb-Ti và Nb3Sn, cũng như các chất siêu dẫn nhiệt độ- cao như Yttrium Barium Copper Oxide (YBCO) và Bismuth Strontium Canxi Copper Oxide (BSCCO). Chất siêu dẫn nhiệt độ-cao có nhiệt độ tới hạn cao hơn chất siêu dẫn nhiệt độ-thấp, giúp giảm yêu cầu làm mát và làm cho hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn trở nên thiết thực và tiết kiệm hơn.