锂离子电池推动了智能手机行业蓬勃发展，而根据乔治·克拉布特里（George Crabtree）的观点，下一次能源革命将颠覆交通和智能电网行业。
乔治·克拉布特里，阿贡国家实验室能源存储研究联合中心负责人
1991年商业化的锂离子电池问世之际，也许没有人想象它能颠覆个人电子设备行业。它最初应用于可携带音乐播放器和便携式摄像机，之后又用于笔记本电脑、平板电脑和手机，并推动了相关产业的发展。这些技术永远地改变了人们生活的方式。
然而更大的技术革命已经呼之欲出，就像电话刚出现时大多有圆形的拨号盘一样，目前的电网和电动汽车也以单一不变的形式存在。但当跨越锂离子电池技术，我们会发现更便宜功率更大的新一代电池将彻底改变电网并为电力交通翻开新的篇章。
电动汽车将使用本地的电力替代进口原油，每公里的能耗只有燃油车的四分之一，排放的碳物质明显少于传统汽车，而且能像手机那样，提供支持app的平台，极大地丰富了汽车的功能。
当汽车的传动系统和电脑控制系统都使用电力时，它们之间的信息交互将变得更加容易，智能电动车能得知前方路况，决定何时改道或选择其他路线，寻找停车位并付费，制定行驶路线以节省时间和电能。最终，它们将完全负责驾驶，并比人类行驶得更加安全有效，人类会被解放出来，做更加有成效和有趣的事情。专门用于日常通勤，周末出行，家庭聚会或长假的车辆将会取代今天的通用车辆。甚至车辆的所有权方式将被车辆租赁和基于使用需要的车辆共有所取代。就像手机让交流和信息变得私人化，交通也会私人化。
“能源的低成本储存，将让人类不再受制于能量产生与消耗的速度相同的约束。”
能量存储技术革命也会改变电网。以低廉的成本存储能量将打破能量产生与消耗的速度相同的限制。我们会拥有能量的“银行”，你可以随时存取能量。如果想要可再生电能得到广泛应用，这种灵活的方式是必不可少的。
低成本的能量能让顾客在电价低的时候（如半夜）购买电能并存储。如果顾客有自己的发电设备，如屋顶的太阳能电池板，那么智能科技将实现从电网、太阳能电池板和电池获取电能以及存储电能之间的来回切换，这样能提高效率并降低电能使用的成本。
目前，太阳能电池板产生的多余电能会出售给电网，居民们可以在太阳落山之后使用电网的电力。但是未来，太阳能电池板的能力会被存储以备之后取用――因此居民们可能不再那么依赖主电网，而是依赖自己的“微网”。当邻近的家庭公用一个大的太阳能电池时，由于规模经济效应，形成的微网的成本效益会更高。
商业建筑，大学校园、工厂、军事基地的需求各异，微网也需要满足不同的存储、发电和使用需要，比起不具备存储功能的集中设备统一供电，分散的微网能更加有效地服务顾客。
分散的、相互作用的微网能带来更好的可靠性、灵活性、弹性和安全性。雷暴、飓风、恐怖袭击不会使整个网络陷入瘫痪，剩余的微网会和周围断电的家庭分享电力。
这会给能源和经济带来多大的影响呢？在美国，私人电力只占能源使用总量的2%，却占据了锂离子电池市场的大部分份额，锂离子电池市场总额在150亿美元至200亿美元；交通和电网占据了电能使用的七成，如果交通和电网使用的能量中的一半具有存储功能，这能产生规模超过现在15倍的庞大市场。
实现这种改变规则的结果需要什么呢？只需要一项发明：高性能，低成本的电力存储技术。根据简单的估计，如果要制造出价格适中，行驶距离达数百千米的电动汽车，将化石燃料发电厂替换成有能量存储功能的风能和太阳能发电设备，以及在土地昂贵的城区建造紧密的、分布式的电能存储设备，需要存储性能以及投入在现有基础上提升大约五倍。
通过现有的锂离子电池技术的逐渐进步，是无法实现五倍的提升的，巨大的提升来自于概念创新和能超越锂离子电池的新技术。很多途径都有实现的机会，包括使用多价电池，它使用二价或三价的离子代替一价的锂离子作为工作离子；将阳极和阴极的夹层中使用共价化合物进行反应，比如锂硫电池；还有许多基于高压有机电解质和高分子活性材料的流动电池的概念。
尽管社会在交通电气化和电网智能存储的成果显著，但是电能存储的最终途径尚未成型，而且失败的风险很大。包括大学和国家实验室在内的研究机构可以承受这些风险，它们需要付诸大量的努力，研发最有可能成为下一代能量存储方案的技术。当胜出的技术出现，相关公司会应运而生并让研究成果惠及公众。就像锂离子电池技术在1991年出现一样，这会是一个充满未知的机遇和挑战的领域。
资料来源 Nature
责任编辑 粒 灰