Penyimpanan energi listrikterutama mencakup penyimpanan energi superkapasitor dan penyimpanan energi superkonduktor. Yang pertama menyimpan energi listrik dalam medan listrik, sedangkan yang kedua menyimpan energi listrik dalam medan magnet. Penyimpanan energi listrik memiliki keuntungan yang signifikan dalam kepadatan daya dan masa pakai daya, dapat mengurangi dampak pemadaman listrik seketika, menekan osilasi daya-frekuensi rendah di jaringan, dan meningkatkan karakteristik voltase dan frekuensi.
Penyimpanan energi superkapasitor
Superkapasitor, juga dikenal sebagai kapasitor elektrokimia, adalah perangkat penyimpanan energi yang menyimpan energi melalui akumulasi muatan pada permukaan elektroda. Mekanisme penyimpanan energinya berbeda dengan baterai tradisional; mereka menyimpan energi melalui muatan yang dibentuk oleh lapisan ganda pada antarmuka elektrolit-elektroda. Superkapasitor memiliki kepadatan daya yang sangat tinggi, siklus hidup yang sangat-panjang, dan kemampuan pengosongan-pengisian daya yang cepat, sehingga dapat diterapkan secara luas pada kendaraan listrik, sistem pengereman regeneratif, pasokan daya cadangan, dan pengaturan frekuensi jaringan listrik. Namun, kepadatan energi superkapasitor relatif rendah, jauh lebih rendah dibandingkan baterai litium-ion, sehingga cocok untuk aplikasi yang memerlukan aplikasi-jangka pendek dan-berdaya tinggi. Di masa depan, seiring dengan kemajuan ilmu material, kepadatan energi superkapasitor diperkirakan akan semakin meningkat, sehingga memperluas penerapannya di pasar penyimpanan energi.
Superkapasitor dapat diklasifikasikan ke dalam tiga kategori: kapasitor-lapis ganda listrik, kapasitor Faraday, dan superkapasitor hibrid. Kapasitor-lapisan ganda listrik menggunakan bahan karbon sebagai elektroda, di mana pemisahan muatan terjadi pada antarmuka-cair padat yang dibentuk oleh kontak dengan elektrolit, sehingga menciptakan struktur-lapisan ganda listrik. Kapasitor ini mengalami proses adsorpsi dan desorpsi muatan fisik selama pengisian dan pengosongan. Meskipun kapasitor listrik lapis ganda-memiliki kepadatan daya yang tinggi dan umur yang panjang, kepadatan energinya relatif rendah. Saat ini, perangkat tersebut telah mencapai aplikasi komersial.
Kapasitor Faraday menggunakan oksida logam atau polimer konduktif sebagai bahan elektroda, dimana kapasitansi adsorpsi dibentuk melalui reaksi redoks pada permukaan dan daerah curah dangkal bahan tersebut. Prinsip pengoperasian kapasitor jenis ini mirip dengan proses reaksi pada baterai; mengingat luas permukaan elektroda yang serupa, kapasitansi ini dapat memberikan kapasitansi beberapa kali lipat dari kapasitor-lapis ganda listrik. Namun, dalam hal karakteristik daya untuk pelepasan arus-tinggi dan siklus hidup sesaat, kinerja kapasitor Faraday tidak sebaik kapasitor-lapisan ganda listrik. Selain itu, kapasitor Faraday juga menghadapi tantangan seperti biaya produksi yang tinggi dan teknologi yang belum sepenuhnya matang.
Superkapasitor hibrida terkenal dengan kepadatan energinya yang tinggi dan umur yang panjang. Meskipun saat ini masih dalam tahap awal komersialisasi, namun potensi pengembangannya sangat besar di masa depan.
Penyimpanan energi superkonduktor
Penyimpanan energi superkonduktor adalah teknologi penyimpanan energi elektromagnetik yang memanfaatkan superkonduktor untuk menyimpan energi listrik dalam keadaan-bebas hambatan. Prinsip kerjanya melibatkan pembangkitan medan magnet yang kuat melalui arus searah dalam kumparan superkonduktor, sehingga menyimpan energi, dan melepaskannya melalui pelepasan arus bila diperlukan. Karena superkonduktor tidak memiliki ketahanan pada suhu rendah, sistem penyimpanan energi superkonduktor dapat mencapai efisiensi pengisian dan pengosongan yang sangat tinggi tanpa kehilangan energi. Selain itu, penyimpanan energi superkonduktor memiliki waktu respons yang sangat cepat, mencapai pengisian dan pengosongan dalam hitungan milidetik, sehingga cocok untuk pengaturan tegangan sesaat dan kontrol frekuensi dalam sistem tenaga. Namun, biaya sistem penyimpanan energi superkonduktor tinggi, terutama dibatasi oleh pengembangan material superkonduktor dan teknologi pendinginan kriogenik. Oleh karena itu, aplikasi saat ini sebagian besar terkonsentrasi pada bidang khusus yang membutuhkan-penyimpanan energi jangka pendek-berkekuatan tinggi, seperti stabilitas jaringan listrik dan peralatan militer.
Bahan superkonduktor yang umum mencakup-superkonduktor bersuhu rendah seperti Nb-Ti dan Nb3Sn, dan superkonduktor bersuhu tinggi-seperti Yttrium Barium Copper Oxide (YBCO) dan Bismuth Strontium Kalsium Tembaga Oksida (BSCCO). Superkonduktor-suhu tinggi memiliki suhu kritis yang lebih tinggi dibandingkan-superkonduktor suhu rendah, sehingga mengurangi kebutuhan pendinginan dan menjadikan sistem penyimpanan energi superkonduktor lebih praktis dan ekonomis.