Shranjevanje električne energijev glavnem vključuje superkondenzatorsko shranjevanje energije in superprevodno shranjevanje energije. Prvi shranjuje električno energijo v električnem polju, drugi pa v magnetnem polju. Shranjevanje električne energije ima znatne prednosti pri gostoti moči in življenjski dobi cikla, lahko zmanjša vpliv trenutnih izpadov električne energije, zatre nizko{2}}frekvenčna nihanja moči v omrežju ter izboljša napetostne in frekvenčne značilnosti.
Superkondenzatorsko shranjevanje energije
Superkondenzatorji, znani tudi kot elektrokemični kondenzatorji, so naprave za shranjevanje energije, ki shranjujejo energijo s kopičenjem naboja na površini elektrode. Njihov mehanizem za shranjevanje energije se razlikuje od tradicionalnih baterij; shranjujejo energijo prek naboja, ki ga tvori dvojna plast na vmesniku elektrode-elektrolita. Superkondenzatorji imajo izjemno visoko gostoto moči, ultra-dolgo življenjsko dobo in zmožnosti hitrega polnjenja-praznjenja, zato najdejo široko uporabo v električnih vozilih, regenerativnih zavornih sistemih, rezervnih virih napajanja in regulaciji frekvence omrežja. Vendar pa je energijska gostota superkondenzatorjev razmeroma nizka, veliko nižja kot pri litij-ionskih baterijah, zaradi česar so primerni za aplikacije, ki zahtevajo kratkotrajne-aplikacije z visoko-porabo energije. V prihodnosti naj bi se z napredkom v znanosti o materialih energijska gostota superkondenzatorjev še povečala in s tem razširila njihovo uporabo na trgu shranjevanja energije.
Superkondenzatorje lahko v glavnem razvrstimo v tri kategorije: električni dvo-plastni kondenzatorji, Faradayevi kondenzatorji in hibridni superkondenzatorji. Električni dvo{2}}slojni kondenzatorji uporabljajo ogljikove materiale kot elektrode, kjer pride do ločevanja naboja na meji trdno-tekoče, ki nastane zaradi stika z elektrolitom, kar ustvari električno dvojno-plastno strukturo. Ti kondenzatorji so med polnjenjem in praznjenjem podvrženi procesom fizične adsorpcije in desorpcije naboja. Čeprav imajo električni dvo{7}}slojni kondenzatorji visoko gostoto moči in dolgo življenjsko dobo, je njihova energijska gostota relativno nizka. Trenutno so te naprave dosegle komercialno uporabo.
Faradayevi kondenzatorji uporabljajo kovinske okside ali prevodne polimere kot elektrodne materiale, kjer se adsorpcijska kapacitivnost tvori z redoks reakcijami na površini in plitvih razsutih območjih teh materialov. Načelo delovanja te vrste kondenzatorja je podobno reakcijskemu procesu v bateriji; glede na podobne površine elektrod lahko zagotovi nekajkrat večjo kapacitivnost električnega dvo-plastnega kondenzatorja. Vendar z vidika značilnosti moči za trenutno visoko-tokovno praznjenje in življenjsko dobo cikla Faradayevi kondenzatorji ne delujejo tako dobro kot električni dvo-plastni kondenzatorji. Poleg tega se Faradayevi kondenzatorji soočajo tudi z izzivi, kot so visoki proizvodni stroški in tehnologija, ki še ni popolnoma zrela.
Hibridni superkondenzatorji so znani po visoki energijski gostoti in dolgi življenjski dobi. Čeprav so trenutno v zgodnjih fazah komercializacije, imajo ogromen prihodnji razvojni potencial.
Superprevodno shranjevanje energije
Superprevodno shranjevanje energije je tehnologija za shranjevanje elektromagnetne energije, ki uporablja superprevodnike za shranjevanje električne energije v-stanju brez upora. Njegovo načelo delovanja vključuje ustvarjanje močnega magnetnega polja z enosmernim tokom v superprevodni tuljavi, s čimer se energija shranjuje in po potrebi sprošča skozi praznjenje toka. Ker superprevodniki pri nizkih temperaturah nimajo upora, lahko superprevodni sistemi za shranjevanje energije dosežejo izredno visoko učinkovitost polnjenja in praznjenja s skoraj nobeno izgubo energije. Poleg tega ima superprevodno shranjevanje energije izjemno hitre odzivne čase, saj doseže polnjenje in praznjenje v milisekundah, zaradi česar je primerno za trenutno regulacijo napetosti in krmiljenje frekvence v elektroenergetskih sistemih. Vendar pa so stroški superprevodnih sistemov za shranjevanje energije visoki, omejeni predvsem z razvojem superprevodnih materialov in kriogene tehnologije hlajenja. Zato so trenutne aplikacije večinoma osredotočene na posebna področja, ki zahtevajo visoko-moč in kratkoročno-shranjevanje energije, kot sta stabilnost omrežja in vojaška oprema.
Pogosti superprevodni materiali vključujejo nizko{0}}temperaturne superprevodnike, kot sta Nb-Ti in Nb3Sn, in visoko-temperaturne superprevodnike, kot sta itrijev barijev bakrov oksid (YBCO) in bizmutov stroncijev kalcijev bakrov oksid (BSCCO). Visoko-temperaturni superprevodniki imajo višje kritične temperature kot nizko-temperaturni superprevodniki, zaradi česar so manjše zahteve po hlajenju, superprevodni sistemi za shranjevanje energije pa so bolj praktični in ekonomični.