目前的电能存储技术远远不能满足在交通运输、商业及住宅应用方面对电能效率的需求。比如，如果要广泛使用全电动/插入式混合电动汽车以替代汽油动力汽车，就需要大幅度地提高电能存储设备的能量、功率密度和更快的充电时间。

另外，还聘请电能存储工业和应用研究实验室的负责人来准备技术资源文件，“电能存储中的技术和应用研发需求”。该文件为参加研讨会的专家提供讨论的基础，并为基础研究讨论的深入开展提供资料。应邀参加研讨会的与会人数有130多人，其中有来自于大学、国家实验室和业界的代表，也有大量来自于日本和欧洲的科学家。

研讨会开始时的全体会议抓取发展未来电能存储所需要的技术、研究和发展方面目前的发展现状，请与会代表来确定关键的优先研究方向，特别是拥有能为所需的，将会为电能存储的革命带来进展的领域提供支持的方向。

部分代表被安排在两个专题小组中讨论，一是重点讨论电能存储的主要类型，二是化学能量存储和电容能量存储；第三个小组重点讨论将对实现满足未来电能存储需求的技术突破至关重要的交叉研究。闭幕全会总结了化学能量存储和电容能量存储专题组确定的最急迫的研究需求。在本报告中，由小组成员确定的研究方向分为三个部分，分别与三个研讨组的发现相呼应。

化学储能专家组提出为满足未来电池所需要，有更高的能量和功率密度，可以实现数千次的安全、可靠的充放电循环，相关的研发进展将把材料推进到稳定性的边缘。对化学储能方面的一个重大挑战是在保持稳定的电极与电解质界面的同时，开发出能存储更多电能的能力。作为有潜力极大提高能量和功率密度的最新进展就是纳米结构多功能材料方面的进展。

然而，要了解纳米尺度的现象必须充分利用发生在纳米尺度的独特的化学和物理性质。此外，迫切需要建立对电解质及电极材料相互依存特性的基本认识，尤其是对于控制电荷从电极到电解液转移的特性的认识。结合新的计算能力和原位分析工具，能为设计具有期望的物理和化学性能的新型多功能纳米材料打开新的途径，由此带来性能的极大提高。

电容储能专家组认为，一般来说，电化学电容器比电池有更高的功率密度，也有亚秒级的响应时间。然而，目前的能量存储密度比电池低，不足于在很多方面应用。至于电池，对高能量密度的需求需要开发新的材料。相似地，在电解质方面，在确保稳定性的同时，还需要增加电压和电导率。理解材料在电极－电解质界面是如何存储和转送电荷这个问题是非常重要的，并将需要对电荷转移和运输机制有基本理解。利用特定的高表面积构筑技术合成纳米结构电极的能力为在单个位点存储多电荷提供了潜力，可望增加电荷密度。添加表面功能，也可有助于提升高的和可重复性电荷存储能力，以及快速充放电功能。新的计算和分析工具将促进为有效的电容电荷存储的而进行的新材料的结构优化设计。这些工具能为多功能材料的合理设计提供必要的基础。同样，这些工具还将为获得具有更高的电压，更高的离子电导率，以及宽范围的电化学和热稳定性的电解质而建立的物理和化学标准提供分子水平上的见解。

第三个专家组提出了四个会为满足未来电能存储技术需求起关键作用的交叉研究方向：

1．表征技术的发展

2．纳米结构材料

3．创新电解质

4．理论、建模与仿真

 

目前，对发生在电解质体系――离子/离子，离子/溶剂，和离子/电极――中的五花八门的相互作用了解甚少。基础研究将为设计新型电解质提供知识，比如离子液体和纳米组份聚合物电解质等，并将提高电解质的性能和寿命。

为做出能导致下一代电子储能系统的重大突破性发现，需要对过程和材料的复杂性有深入的理解。基础理论方法和计算技术方面的进展将为对这些过程和材料的理解提供独一无二的机会。

理论、建模与仿真可以有效补充实验工作，可以提供洞察机制，预测趋势，鉴别新材料和指导实验。集成不同时间和长度尺度方法的大规模多尺度计算具有提供对一些过程的基本理解的潜力，这些过程有如：在电极材料中的相变过程，在电解质中的离子传输过程，在界面上的电荷转移过程，和在电极里的电子传输过程等。在电能存储方面的革命性的突破已经被挑选出来，这或许是这个国家未来能源安全中最重要的需求。

基础能源科学研讨会关于电能存储领域的基础研究需求会议的结论认为，为明日的储能需求所需要的突破是在现存的技术方面所进行增量性的、改良性的改进是不可能实现的。进一步地说，这些突破将只有通过开展对电储能背后过程进行深入理解的基础研究才能实现。反过来，这些基础研究又将利用革命性的新材料和化学过程促进新的电储能概念的发展。最近的进展已经提供了合成具有特殊性能的、具有特定结构的新型纳米材料的能力；在原子和分子水平上表征材料和动态化学过程的能力；以及用现代的计算工具来模拟和预测结构和功能间关系的能力。总的来说，这些新的能力为填补电储能器件方面的技术和性能差距提供前所未有的潜力。