能源行业的“去化石化”，是195个国家根据《巴黎协定》所达成的目标。为了确保该目标的实现，必须放弃用于能源生产的化石能源，把可再生替代能源作为主要能源。同时，还必须按照用户的需求保证不间断的能源供应。理想情况下，这应该是由完善、稳定、可靠的电网提供的具有低碳足迹特征的能源组合。减少对化石能源依赖的另一个基石是交通运输领域的电气化。此外，能够全年依赖太阳能的“能源自足家庭”，是发展中国家和地区去化石化能源的关键。然而，可再生能源供给的不连续性(例如，在冬季，阳光是有限的，风能的大小取决于风速)带来了一些必须解决的挑战。为了克服这一障碍，必须找到相应的能源储存替代方案，而这本身并非易事。
最常见的能量存储方式是利用重力。水力发电就是这种情形，它通过涡轮机，磨坊，锤子或其他机械装置来利用落水的能量。现代化水电厂效率极高，可以将高达90％的机械能转化为电能。然而，与化学键能相比，重力能提供的能量并不高。因此，电化学储能系统得到了迅速发展。实际上，市场潜力的增长并非秘密，根据 Prescient＆Strategic Intelligence Private Limited在《研究与市场》上发表的一份报告，预计到2023年，电化学储能将达到51.4 GW装机容量，其主要推手是交通运输部门。在过去的十年中，电池和双电层电容器（EDLC）也被称为超级电容器或超大容量电容器，由于它们是汽车传统内燃发动机的合理替代品，因此受到越来越多的关注。但是，它们也可以用作电网的支持部件，或与家用太阳能系统结合使用。有时也称为电双层电容器，或超级电容器，是拥有高能量密度的电化学电容器，比传统的电解电容容量高上数百倍至千倍不等。双电层电容器的原理：插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器。但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。双电层电容器没有传统的电介质，而是使用绝缘体隔开。这个绝缘层可以让电解液中的正负离子通过。该电解液本身不能传导电子。所以当充电结束后，电容器内部不会发生漏电（电子不会从一极流向另外一极）。当放电的时候，电极上的电子通过外部电路从一极流向另外一极。结果是电极与电解液中的离子吸附显著降低。从而使电解液中的正负离子重新均匀分布开来。双电层电容器具有远高于电池的功率密度。因此，虽然现有的双电层电容器的能量密度是传统电池的1/10，但其功率密度是后者的10至100倍。它们适用于电化学电池（持续的能量释放），静电电容器 （瞬间能量释放）之间的应用。
左：“正常”的电容器；中：电解电容；右：双电层电容器EDLC的功率和能量密度主要取决于电极材料的表面积，因此通常在正极和负极均使用活性炭材。这种材料的表面积大于1500 m2/g，并且有很大比例的细小微孔（我们所说的尺度是几纳米）。
活性炭是一种有吸引力的材料，不仅因为它的表面积大，还因为它可以被含有杂环原子的官能团(如羧基或氨基)进行化学改性。这些官能团与带电粒子相互作用，通过可逆的还原-氧化反应提高了电荷的储存能力。由于能量存储机制的静电特性，EDLC可以在很短的时间内释放存储的能量。因此，它们具有很高的比功率（功率=能量/时间）和很低的比能量。EDLC通常用于需要大功率的应用中（例如，用于调节风力涡轮机叶片位置，或用于混合动力车、电动车和燃料电池车）。与EDLC相反，电池以化学键存储能量。换句话说，电能被转换为化学能。锂离子电池由于其高能量密度(储存在小体积中的高能量)、长待机时间和长循环寿命，以及相对较宽的工作温度范围，目前是多项应用的“首选”技术。锂离子电池由多个单电池叠装在模块中组成，单电池或串联连接以增加电流，或并联连接以增加电压。
正极和负极
电解质（溶解在有机溶剂中的锂盐混合物）
锂离子可渗透的隔膜。
与EDLC相反，锂离子单电池中正极和负极的活性物质不同。在负极材料中，石墨是最常见的材料。钛酸锂是石墨材料的代用品，但还未广泛应用。正极材料通常是钴，锰或镍基层状和尖晶状材料。在充电过程中，锂离子从正极出发，穿过电解质到达负极，在放电过程中发生相反的情况。当锂离子到达负极时，它们被嵌入石墨的石墨烯层之间，形成LiC6形式的嵌入层，最终可获得的（理论上）充电容量为372 Ah / kg（实际上测得的最大容量为335 Ah / kg，对应于Li 0.9 C 6的化学计量。）
锂离子电池的示意图©CatalinaRodríguezCorrea在选择储能系统类型时，能量和功率密度是两个最重要的标准。对于锂离子电池，这取决于可获取的锂量，而这又取决于正极所使用的材料。目前用作锂离子电池的正极材料最常见的有：锂钴氧化物（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）及磷酸锂铁（LiFePO4）。便携式设备中使用的锂离子电池，通常是锂钴氧化物（LCO）或锂镍锰钴氧化物（NMC）。NMC和NCA（锂镍钴铝氧化物）电池是当前电动汽车领域的领先技术，因为它们提供了所有可用化学方法中最高的能量密度。NMC电池可以持续多次充放电循环，因此，在设计为电池需要每天充电一次的车辆(如混合动力车和插电式混合动力电动车)中，NMC电池是首选，这种设计也保证了电池的长寿命。
NCA电池比NMC电池更轻，并且具有更高的能量密度，但循环使用的寿命较短。特斯拉充分利用了这种技术，并提供了一辆单次充电可行驶600多公里的电动车。这意味着，对于普通司机来说，如果他们的车在城市里行驶很短的距离，电池大约一周需要充电一次。
在开发具有长循环寿命的高能量密度电化学储能系统时，必须跨过的门槛是：开发具有高容量和高充-放电效率的高效材料。与此同时，这些材料必须是可持续的和环境友好的。在EDLC的情况下，电极中使用的活性炭可以从可再生资源中提取。已经用糖，棉花或蜂蜜进行了几次成功的尝试。但是，使用这类原材料会导致“要食品，还是要燃料”的困境。为了克服这一问题，可利用农业残留物，如果核、坚果壳甚至玉米芯，来开发性能可与化石来源相媲美或优于化石来源的活性炭。对于锂离子电池，其缺点之一是就是使用锂。锂的优势在于，与其他金属相比，它的还原电位非常低，或者更倾向于贡献电子，而且它是现存最轻的金属。但是，它是一种相对稀有的材料。实际上，最大的矿藏分布在美洲（玻利维亚，智利，阿根廷和美国），中国和澳大利亚。另一方面，大多数锂的加工都在亚洲进行。因此，它的生产成本非常高，制造1 kWh锂离子电池的碳足迹，与燃烧35升汽油的相当。另外，电极中使用的其他金属（例如钴）也供应量有限。因此，需要一种更可持续和环保的替代方案。钠也是一种碱金属，与锂性质相似，是含量最丰富的元素之一(只要想想海洋中的盐水就知道了)。但是，钠的离子尺寸比锂大得多，这使得钠离子很难嵌入石墨结构中。从生物质中获得的非晶炭材料，与石墨相比，其组织化结构更少，这为钠离子的嵌入提供了更多的活性位点。因此，生物基炭材料可在钠离子电池的发展中发挥决定性作用。炭材是电化学储能系统发展的基础材料。然而，这些炭材料不一定是基于化石的。通过碳化农业残留物和任何其他类型的可持续生物质，可获取生物基炭材，这也使未来的电动出行变得更绿色。2019年12月，宝武炭材与湖北中新国富新能源投资管理有限公司（下称中新国富）签订5万吨锂电池负极材料项目合作框架协议，与湖北省宜城市政府、中新国富签订5万吨锂电池负极材料项目保障协议。该项目是宝武炭材进一步加快炭材料产业化发展的重要项目。宝武炭材拥有完全自主的针状焦生产技术，正在积极推进锂电池负极材料产业化布局。未来，中新国富将依托其全资子公司襄阳汉江高科新能源材料有限公司（下称汉江高科）与宝武炭材开展项目后续工作。汉江高科是湖北省唯一一家负极材料高新技术企业，其研发生产的系列产品达到了国内同类产品高端水平，并得到众多知名电池厂商的认证和使用。
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