1、硅基电池
锂离子电池传统上使用石墨阳极，但研究人员和公司现在开始关注硅阳极。 以硅为主的阳极对锂离子的结合能力是石墨离子的 25 倍。 然而，此类板存在电导率低、扩散速率慢以及锂化过程中体积波动大的问题。 这种限制会导致硅粉化和固体电解质界面（SEI）的不稳定。
为了规避这一挑战，采用了两种主要策略：纳米技术和碳涂层。 在前一种方法中，使用各种纳米级硅阳极，与块状硅阳极相比，其具有高表面积、更高的循环寿命和倍率稳定性。 它们还可以承受锂化和脱锂而不破裂。 碳涂层采用纳米Si与不同碳材料的组合，形成高性能Si/C纳米复合阳极。 近年来，杂原子掺杂碳作为镀剂引起了人们的广泛关注。 杂原子掺杂的Si-C电极与锂离子的结合比与碳原子的结合更强，从而具有优异的电物理性能和稳定的电导率。
由于硅基电路板具有低成本和增强车辆和智能手机功能的潜力，因此产生了许多商业利益。 竞争非常激烈，包括 Sila 和 在内的许多初创公司都在将硅主导的锂离子电池商业化。
2. 高温钠硫（RT-NaS）电池
由于钠离子和锂离子具有相似的化学和物理性质，因此最有前途的锂硫电池替代品之一是钠硫电池。 此外，电池运行需要低温（>300°C）。 作为一种有前途的替代方案，低成本 RT-NaS 电池系统已经引起了人们对大规模电网应用的广泛研究兴趣，并提高了安全性。 然而，由于电池内部反应复杂，RT-NaS电池的理论容量较低。
2018年，人们使用各种方法来解决RT-NaS电池的问题。
由博士领导的麻省理工学院研究团队专注于膜，以解决 RT-NaS 阳极和阴极组件之间 β 碳化硅陶瓷电解质膜的延展性和脆性问题。 他们证明，涂有渗碳钛碱液的钢网可以作为工业规模存储系统更坚固、更灵活的材料。 这种方法为电池设计开辟了新途径，因为它也可以应用于其他熔化电极电池物理。
一种给电池充电的新方法。 RT-NaS金属网电板
· 澳大利亚卧龙岗学院的研究人员专注于电极设计。 他们构建了一种高效的硫阴极，其中钴原子锚定在中空碳纳米球的孔隙中。 合成的正极表现出优异的电物理性能。
钴纳米颗粒修饰空心碳的合成示意图
· 在《自然》杂志最近发表的一项研究中，科学家们使用了一种具有高电物理性能和更高安全性的多功能氯化物盐电解质。 该方法可应用于各种钠基可充电电池系统，以推广低成本和高性能的储能设备。
常规1M PC电解液和（右）PC：含10mM In的电解液示意图
虽然 RT-NaS 电池仍处于开发的早期阶段，但像 Ph.D. 这样的公司。 （由博士领导的麻省理工学院衍生公司）的目标是改进电池设计。 通过上述持续的研究工作和方法，下一代基于 NaS 的储能技术将很快成为现实。
3.质子电池
许多研究工作旨在生产高性能质子交换膜（PEM）燃料电池。 然而，质子交换膜燃料电池的可行性受到其高成本、甲烷运输和储存的挑战。
皇家墨尔本理工大学的一个研究小组最近首次报告了质子电池的技术可行性。 它由两部分组成：用于储存水下氢气或质子的碳电极和用于利用氢气发电的可逆质子交换膜燃料电池。 该电池设计具有创新性，因为它使用活性炭作为电极，其价格低廉、储氢量丰富且结构稳定，可用于储氢，但微孔材料内的少量液态酸可将质子传导至可逆电池质子膜或从可逆电池质子膜中传导出来。 使用这些电池，可以实现 1.8V 的电流。
尽管这是朝着高效氢动力能源生产迈出的重要一步，但该技术的商业化还有很长的路要走。 该团队担心电池将在五到六年内上市。 ABB 和 ABB 还在测试兆瓦级推进装置，以使用氢燃料电池为商用和渡轮提供动力。 由于这种电池根本不需要锂离子，不仅使用铂作为催化剂，而且其他材料价格低廉且丰富，因此可能成为目前锂离子电池的主要竞争对手。
4.石墨双离子电池
近年来，使用锂以外的金属的双离子电池（DIB）引起了人们对大规模固定储能的兴趣。 研究工作是通过降低电解质的离子浓度和电极存储电荷的能力来降低DIB的能量密度。
研究人员展示了一种新型无锂石墨双离子电池，称为石墨双离子电池（GDIB），使用石墨阴极和钾阳极。 研究小组确定了一种用于 DIB 的无锂电极-电解质组合，以降低电池的能量密度。 他们使用浓缩电解液，事实证明其效率与锂离子电池一样。
·利用铝盐电解液，研究团队首次开发出石墨-石墨双离子电池()。 该电池板价格便宜、环保，并且具有出色的循环和速度性能，使其适合未来的储能应用。
· DIB的另一个有前途的方式是，华东理工学院的研究人员报告了锌/石墨双离子电池的进展。 由于离子电解质具有许多吸引人的特性，包括抑制锌表面枝晶的生成、低挥发性、不可燃性和低热稳定性，因此用于工业应用的高性能和安全的锌/石墨离子电池将很快成为现实。
5、铝离子电池
人们正在研究铝作为锂离子电池的潜在替代品，锂离子电池储量丰富、价格低廉、容易获得且价格低廉。 格拉斯哥联邦理工学院的德国研究人员提出了两项新技术，成为铝基电池商业化的垫脚石。
• 第一种是用于这些面板的耐腐蚀涂层材料、渗碳钛(TiN) 陶瓷。 TiN涂层材料优异的氧化稳定性使该电池获得高能量密度、高库仑效率和高循环容量。 由于TiN集流体具有优异的耐腐蚀性，它们甚至可以用作镁、钠或锂离子电池的高压正极材料。
另一个有前途的解决方案是在铝离子电池中使用高性能正极材料。 此类电池通常使用石墨基阴极，其由氯氮化物阴离子改性。 研究人员使用定制电池测试了聚芘及其衍生物聚（甲基芘-共聚芘）作为阴极材料，发现它们存储的能量与石墨阴极相同。 据悉，聚芘还为可充电铝离子电池的开发提供了许多其他可能性，包括低成本、高产量、生产可扩展性以及成分和结构的可调性。
聚芘正极和氯氮化物离子液体充电时可充电铝电池工作原理示意图
这项研究成果显示了铝离子电池作为一种廉价的行业存储解决方案商业化的巨大潜力。
