尽管锂离子电池占据市场主导地位，但其可持续性及环境问题仍备受关注。阿戈拉能源技术公司（Agora Energy Technologies）正采用系统性设计方法革新储能技术，研发一类新型二氧化碳基液流电池（CRB）。

能源转型和工业脱碳仍是社会优先事项，技术变革必须反映这一诉求，以实现未来的净零碳排放目标。大规模储能系统（BESS）中的电池是连接可再生能源间歇性与清洁能源可调度性的关键枢纽。然而，若要确保能源转型快速平稳，必须确保配备储能系统的清洁能源技术能同步实现可持续性与经济效益，且具备规模化能力。

自 19 世纪伏打电堆奠定电化学能源基础以来，电池已演变超过两个世纪，最终演变为当今广泛应用的锂离子电池系统。锂离子电池目前占据 98% 的市场份额。尽管电池版图持续扩张——包括钠离子、金属（锌、铁、镁、锂）空气电池及氧化还原液流电池等系统——但人们仍需慎重考虑新型电池系统的创新方向。新型电池化学体系应填补哪些空白，从而区别于现有的锂离子电池？

要回答这一问题，我们必须铭记电气化社会的初衷，并从全球部署的长远视角审视可持续性和环境责任，因为这将需要太瓦时（TWh）级别的电力存储。鉴于目前大多数电池基于金属，要在太瓦时级别产能，就需要开采、提取、加工和精炼数吉吨（Gt）矿石以获得关键金属。这对矿物供应链、水资源及生命周期温室气体（GHG）排放具有广泛影响。

锂离子电池和钒基液流电池的整体生命周期（从摇篮到厂门）温室气体排放量分别约为 80 千克二氧化碳当量/千瓦时和 170 千克二氧化碳当量/千瓦时。（1,2）在所需的大规模制造下，这意味着将产生十亿吨级的二氧化碳当量排放，给地球带来巨大压力。此外，据估算，生产 2 兆瓦时（MWh）锂离子电池的水需求高达 33,155 立方米。因此，虽然电池提供了从化石燃料能源经济向重大变革的飞跃，但在评估新兴技术时，需要对整个价值链进行谨慎且系统的全生命周期思考。

正是基于这些考量，阿戈拉从系统性设计视角出发看待技术进步，其提供的不仅是增量工程改进，更是对我们思考储能和脱碳方式的转变。阿戈拉是新一代技术的原创者，该技术直接将二氧化碳与清洁发电和储存联系起来。该方法基于利用碳捕集与利用（CCU）创建多功能电化学系统，提供多种产出，同时利用二氧化碳作为能源载体。

在此领域，阿戈拉发明并推进了一类新的公用事业规模电池——二氧化碳基氧化还原系统。该系统摆脱了以往由被认为最适合传递电子的金属选择主导的电池设计理念。二氧化碳氧化还原液流电池（CRB）代表了首个无金属、二氧化碳基的可充电混合解决方案概念，将二氧化碳利用与电化学储能相结合。由此产生的电池系统具有双重功能和多种商品产出（电力和碳酸盐）的特征。

CRB 保留了与传统氧化还原液流电池相关的重要设计特征：活性物质/电解质储存在外部储罐中，流经电化学池。这种设计使得电池的功率与产出的能量解耦，从而实现长时储能和长循环寿命。然而，CRB 还引入了独特的设计特征，以及专有的双功能催化剂、金属有机框架和气体扩散电极，以将二氧化碳作为活性氧化还原物种参与反应。

如图 1.a 所示，在电池充电（能量存储）周期中，二氧化碳在负极被还原为高密度、稳定的储能介质（如甲酸盐或甲酸）。在正极，具有高标准电势的氧化还原电对（如氧气/氢氧化物或溴/溴化物）闭合回路。该循环允许二氧化碳充当能量存储的“燃料”。

在放电（能量生成）周期中（见图 1.b），电流方向、反应和流向逆转，释放储存的能量。作为一次飞跃，除了仅在放电周期释放清洁电力外，储能化合物也被转化为碳酸盐（如碳酸钠或碳酸钾）。二氧化碳的持续摄入与转化（充电）和碳酸盐的持续生产（放电）超越了传统电池的概念，并具有积极的经济意义。

这一新型非金属电池技术，区别于传统的“金属离子”或“金属液流”家族，开启了基于碳的储能系统的大门，有望重塑碳管理未来，同时支持具有长时储能容量的可再生电网。以转化一公吨二氧化碳为基础计算，放电期间释放的能量最高可达 1.7 兆瓦时。关键技术经济优势包括：高热力学比能量（是钒氧化还原液流对应物的三倍）、模块化设计以适应多样化部署、预测的长时储能能力（>10 小时至数周），以及使用不可燃、稳定电解质的温度适应性。

得益于利用从工业来源捕获的廉价二氧化碳，双重收入流提供了可观的经济回报。碳酸盐是玻璃制造、洗涤剂和水处理等各种行业的重要材料。CRB 以负碳方式生产这些化合物，因此可能替代传统的索尔维法（Solvay method）生产碳酸盐的方法，后者能耗高且排放强度大（每生产 1 吨碳酸钠约排放 0.9 吨二氧化碳）。

在这篇首篇论文中，我们将 CRB 描述为一项新兴技术，它正在创造碳循环经济，将负债转化为资产，并将自身定位为储能领域可持续性与韧性的交汇点。这种无金属、二氧化碳基的化学体系旨在避免与采矿相关的环境和地缘政治风险，同时无缝契合 ESG 框架。因此，作为能源转型的战略推动者，CRB 放大了可持续性成果和财务可行性。