1. 一个两端口直流电源能有多复杂？
您是否曾经盯着汽车或某些手持电子设备中的电池，边看边好奇这有什么大不了的？随着电动交通迅速兴起并带动整个电子行业发展，人们似乎越来越常见到，这些设备不仅促进经济增长，还推动尖端设计创新，甚至对完整供应链（从原材料采购到报废回收）都有所改善。随着我们部署数十亿个微型系统，这些系统通常被称为物联网 (IoT)/工业物联网 (IIoT)，拥有通过一个微型电容器运行整个无线传感器网络 (WSN) 的能力，其前景令人兴奋不已，但与之交织的是每天向世界各地垃圾填埋场扔掉约 1 亿个电池的末日情景。
但即使人们开始注意到电池在许多关键应用和市场驱动用例中占据中心地位，他们可能仍然会关注这种外观简单、只有两个端子的直流电源，对于围绕电池的各种争论也很难解决。正如本文中即将描述的那样，文中列举大量原因解释为什么电池（以及整体的能量存储或储能）不应被视为理所当然。第一个显而易见的原因是，电子世界中的一切都离不开电，因此能够获取和储存能量是一项必要条件。也许直到最近十年左右，安全才成为人们最关心的问题，但几乎在任何应用中，安全都是一项关键的任务要求，因此，它可以与系统中最密集的能源紧密相关。在众多设计考量之外，还有一个策略可供采用，即在多个层面利用能量存储，以减少系统尺寸，最大限度延长正常运行时间，并降低整体基础设施（资本和运营支出 (CAPEX/OPEX)）的成本。
尽管这是一篇扎实的基础知识概述，但毕竟储能主题宏大，无法在一篇简短的白皮书中得到全面阐述。但是，即使从根本上来说，仅关注基础物理学也足以广泛覆盖从微机电系统 (MEMS)到大型公用设施级别的所有主要存储类别。能量可以从物理世界提供给我们的每种类型中进行存储和转换（即使并非总是实用），其中包括电化学反应（或其他电势方式）、热、光、射频 (RF) 或势能/运动/电动力学等类型。维基百科将“能量存储”[1] 定义为“…捕获一次产生的能量以供日后使用，目的是为了减少能量需求和能量生产之间的不平衡。”
虽然本白皮书将重点介绍系统级能量存储解决方案，但需要注意的是，认为所有形式的能源都遵循能量守恒定律，仅仅转换/转移过程中发生状态变化，通常伴随一定的能量损耗，是一种值得推崇的思考方法。这并不意味着要对热力学第一定律进行花哨解释，而是想作为一种鼓舞人心的口号，激励人们不断寻求能量存储和消耗的持续优化，以此作为一个首要长期的目标。
相比于系统进步的大多数其他方面，能量存储在其能量密度显著、代际改进的速率上是个例外。摩尔定律使得逻辑电路以指数级速度缩小，微机电系统 (MEMS) 可缩小并集成传感器，达到肉眼几乎看不见的程度。不幸的是，这种一代接一代的指数级改进对于能量存储解决方案来说并不是好兆头。能量存储直接受到化学和物理的限制，其容量往往每十年而不是每一年才能翻倍。总的来说，实施和优化能量存储解决方案的主要目标是保持化学反应良好，文中稍后会进一步讨论这意味着什么。
如前所述，能量存储在推动可持续电子产品发展和应对气候变化方面发挥着越来越重要的作用。即使是可充电电池，也往往含有有害物质，可能需要稀土元素，而储量在全球范围内供大于求（因此回收至关重要），并且可能会占用大量的垃圾填埋场空间。随着无线应用/设备的数量呈指数级增长，所有相关的能量存储也随之增长，从而加剧文中总结的可持续性挑战。要解决这一问题，一个明显的策略是尝试将不可充电的能量存储解决方案转换为可充电的能量存储解决方案，以减少大部分更换的工作量。鉴于如今人们对可持续性主题的关注度和重视程度不断提高，即使是那些对储能有着庞大需求（具备冗余设计）非常保守的行业也在寻找智能利用储能的方法，实现正常运行目标的同时，还能减少整体基础设施的影响。
既然标准已经设定，让我们将注意力转移到最普遍的系统级能量存储形式上——并思考其本质、处理方式，以及在优化系统设计时要注意的关键事项。
但即使人们开始注意到电池在许多关键应用和市场驱动用例中占据中心地位，他们可能仍然会关注这种外观简单、只有两个端子的直流电源，对于围绕电池的各种争论也很难解决。正如本文中即将描述的那样，文中列举大量原因解释为什么电池（以及整体的能量存储或储能）不应被视为理所当然。第一个显而易见的原因是，电子世界中的一切都离不开电，因此能够获取和储存能量是一项必要条件。也许直到最近十年左右，安全才成为人们最关心的问题，但几乎在任何应用中，安全都是一项关键的任务要求，因此，它可以与系统中最密集的能源紧密相关。在众多设计考量之外，还有一个策略可供采用，即在多个层面利用能量存储，以减少系统尺寸，最大限度延长正常运行时间，并降低整体基础设施（资本和运营支出 (CAPEX/OPEX)）的成本。
尽管这是一篇扎实的基础知识概述，但毕竟储能主题宏大，无法在一篇简短的白皮书中得到全面阐述。但是，即使从根本上来说，仅关注基础物理学也足以广泛覆盖从微机电系统 (MEMS)到大型公用设施级别的所有主要存储类别。能量可以从物理世界提供给我们的每种类型中进行存储和转换（即使并非总是实用），其中包括电化学反应（或其他电势方式）、热、光、射频 (RF) 或势能/运动/电动力学等类型。维基百科将“能量存储”[1] 定义为“…捕获一次产生的能量以供日后使用，目的是为了减少能量需求和能量生产之间的不平衡。”
虽然本白皮书将重点介绍系统级能量存储解决方案，但需要注意的是，认为所有形式的能源都遵循能量守恒定律，仅仅转换/转移过程中发生状态变化，通常伴随一定的能量损耗，是一种值得推崇的思考方法。这并不意味着要对热力学第一定律进行花哨解释，而是想作为一种鼓舞人心的口号，激励人们不断寻求能量存储和消耗的持续优化，以此作为一个首要长期的目标。
相比于系统进步的大多数其他方面，能量存储在其能量密度显著、代际改进的速率上是个例外。摩尔定律使得逻辑电路以指数级速度缩小，微机电系统 (MEMS) 可缩小并集成传感器，达到肉眼几乎看不见的程度。不幸的是，这种一代接一代的指数级改进对于能量存储解决方案来说并不是好兆头。能量存储直接受到化学和物理的限制，其容量往往每十年而不是每一年才能翻倍。总的来说，实施和优化能量存储解决方案的主要目标是保持化学反应良好，文中稍后会进一步讨论这意味着什么。
如前所述，能量存储在推动可持续电子产品发展和应对气候变化方面发挥着越来越重要的作用。即使是可充电电池，也往往含有有害物质，可能需要稀土元素，而储量在全球范围内供大于求（因此回收至关重要），并且可能会占用大量的垃圾填埋场空间。随着无线应用/设备的数量呈指数级增长，所有相关的能量存储也随之增长，从而加剧文中总结的可持续性挑战。要解决这一问题，一个明显的策略是尝试将不可充电的能量存储解决方案转换为可充电的能量存储解决方案，以减少大部分更换的工作量。鉴于如今人们对可持续性主题的关注度和重视程度不断提高，即使是那些对储能有着庞大需求（具备冗余设计）非常保守的行业也在寻找智能利用储能的方法，实现正常运行目标的同时，还能减少整体基础设施的影响。
既然标准已经设定，让我们将注意力转移到最普遍的系统级能量存储形式上——并思考其本质、处理方式，以及在优化系统设计时要注意的关键事项。
