Energiespeicher unterscheiden sich hinsichtlich der technologiebedingten reversiblen Umwandlung der elektrischen Energie bei der Einspeicherung in elektrische, mechanische, thermische und chemische Energiespeicher.

Mechanische Speicher

Mechanische Speicher nutzen für das Ein- und Auslagern die Bewegungsenergie, die in Form von Potenzial-, Kinetischer- oder Druckluftenergie zwischengespeichert wird.

• Pumpspeicherwerke sind die Referenztechnologie für Energiespeicher-Systeme. Das Ausbaupotenzial ist jedoch nahezu erschöpft. Sie sind kosteneffizient, jedoch nicht dezentral und lastnah installierbar.
• Die Technologie Schwungrad steht stellvertretend für die Gruppe von technischen Umsetzungen, bei denen elektrische Energie in kinetische Rotationsenergie umgewandelt und in dieser Form zwischen gespeichert wird. Da aufgrund der Reibung im Lager der bewegten Masse die Selbstentladungsrate sehr hoch ist, können Schwungräder ihren hohen Anfangswirkungsgrad von 80-95% nur in kurzen Zyklenzeiten beibehalten.
• In Druckluftenergiespeichersystemen wird ein komprimierbares Medium in einem definierten Speichervolumen verdichtet. Nicht adiabate Druckluftspeicher besitzen einen niedrigen Wirkungsgrad. Sie sind jedoch lastnah installierbar und durch die Trennung von Leistung und Arbeit prinzipiell auch für große Speichermengen geeignet.

Elektrische Speicher

Bei elektrischen Speichern wird der Strom tatsächlich gespeichert und nicht umgewandelt. Dies kann in Kondensatoren (Doppelschichtkondensatoren) oder magnetischen Feldern (supraleitende magnetische Energiesysteme) geschehen. Dem guten Wirkungsgrad steht eine hohe Selbstentladung entgegen. Kosten für die Speicherung sind prohibitiv hoch, so dass wirtschaftliche Anwendungen beim derzeitigen Stand der Technik nicht denkbar sind.

Temperaturspeicher

Analog zur Anwendung als Zwischenspeicher in solarthermischen Anlagen lässt sich Wärme gut speichern und mittels bewährter Dampfturbinentechnik auch in elektrischen Strom umwandeln. Für Anwendungsfälle, in denen die Energie nicht unmittelbar als Wärme sondern in Form elektrischen Stroms anfällt, ist die Zwischenspeicherung jedoch mit hohen Wirkungsgradverlusten verbunden. Beim aktuellen Stand der Technik fehlende Anwendungen lassen einen Kostenvergleich nicht zu. 

Chemische Speicher

Chemische Speicher stellen die Klasse der derzeit am häufigsten eingesetzten Energiespeicher für elektrische Energie dar. Ihnen gemein ist die Verwendung einer chemischen Verbindung, die im festen, flüssigen oder gelösten Zustand in Ionen dissoziiert ist und die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegt. Oft wird mit Elektrolyt auch das feste oder flüssige Material bezeichnet, das die beweglichen Ionen enthält.

Die Unterscheidung in interne und externe Energiespeicher orientiert sich an der stofflichen Abhängigkeit von Leistung und Arbeit. Bei internen Speichern sind beide Größen unmittelbar miteinander verknüpft. Mehr Speicher bedeutet also immer sowohl mehr Leistung als auch mehr Arbeit. Diese Restriktion gilt nicht bei externen Speichern, in denen die Pumpbarkeit der (flüssigen oder gasförmigen) Elektrolyten eine Trennung von (Arbeits-)Speicher und Leistungseinheit ermöglichen. Externe Energiespeicher können unterteilt werden nach der Phase des pumpbaren Mediums in flüssig oder gasförmig. Interne Energiespeicher werden unterschieden in Hoch- und Niedrigtemperaturspeicher

• Im Wasserstoffspeicher ermöglicht die Elektrolyse in Brennstoffzellen die reversible Auftrennung von Wasser in seine molekularen Bestandteile, wobei es lediglich notwendig ist, die Wasserstoffkomponente getrennt zu lagern und für den Stromerzeugungsprozess vorrätig zu halten. Bei Power-to-Gas ist die getrennte räumliche Erzeugung und Nutzung des Speichermediums und sein flexibler Einsatz zur Strom- und Wärmegewinnung wirtschaftlich interessant. Insbesondere die Speicherfähigkeit des vorhandenen Erdgasnetzes von 400 TWh zeigen die hohe Bedeutung dieser Technologie für die Grundlastversorgung einer 100% mit erneuerbaren Energien versorgten Volkswirtschaft auf.
• Redox-Flow-Speicher sind gekennzeichnet durch die Pumpbarkeit von zwei Speichermedien, die über Ionen-Austausch im Reduktions- und Oxidationsvorgang miteinander in Wechselwirkung zu kommen. Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren in getrennten Kreisläufen. Dies führt zu einer recht aufwändigen Konstruktion mit der für chemische Speicher untypischen mechanischen Beanspruchung. Diese hat zum einen einen Effizienzverlust aus der benötigten Pumparbeit zur Folge und führt zum anderen zu unvermeidbarem Verschleiß an bewegten Teilen.
• Die Klasse der Hochtemperaturspeicher ist charakterisiert durch bestätig hohe Betriebstemperaturen der Elektroden. Dies ist zurückzuführen auf den Einsatz fester Elektrolyten in Kombination mit flüssigen Elektroden. In der Materialkombination haben sich hauptsächlich Nickel und Natrium als Elektrodenmaterial als geeignet erwiesen. Nachteilig sind die hohe Betriebstemperatur und die Erfordernis eines Schutzes vor mechanischer Beschädigung, um das Freiwerden der aggressiven Bestandteile Natrium und Schwefel zu verhindern.
• Blei-Säure-Batterien werden in großen Stückzahlen hergestellt und sind weltweit im Einsatz. Dies ist vor allem auf den Einsatz als Starterbatterie für Fahrzeuge zurückzuführen. Aber auch der Einsatz in Regelenergiemärkten, wie die Upside Group in ihrem Alt Daber Projekt erfolgreich zeigt oder als System zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) sind Beleg für die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten. Für den Einsatz als Netzspeicher beispielhaft ist der von der ehemaligen BEWAG ab 1986 betriebene Speicher mit 17MW/14MWh. Die Einsatzstoffe sind preiswert, auch wenn das verwendete Schwermetall Blei sowie das Elektrolyt Schwefelsäure entsorgungstechnische Vorkehrungen verlangt. Zu den Vorteilen der Blei–Säure Technologie gehört die leichte Bestimmung des Ladezustandes, da die Zellspannung proportional zur Säurekonzentration und damit zum Ladezustand (SOC) ist.
• Lithium-Ionen-Speicher werden in großen Stückzahlen hergestellt und eignen sich daher sehr gut für den kommerziellen Einsatz im Regelenergiemarkt. Aus der Auswahl verschiedener Lithium-Typen zeigt Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) sehr gute Eigenschaften zur Absicherung der Einsatzfähigkeit während der gesamten Projektdauer. Bei Li-Ionen-Batterien ist die Bestimmung des SOC durch komplexe mathematische Algorithmen annähernd möglich. Der Zusammenhang zwischen Zellspannung und Ladezustand ist deutlich komplexer. Daher ist ein kontinuierliches Monitoring der Zellspannung und ein technisch ausgereiftes Batterie-Management-System (BMS) notwendig, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Das BMS bietet andererseits auch die Möglichkeit eines optimierten Fahrplans innerhalb des Zellverbundes bei stationären Großspeichern. Dadurch kann zum einen der Verlust aus Ein- und Ausspeicherzyklen minimiert, vor allem aber die Nutzungsdauer maximiert werden. Ein ausgleichendes BMS, das alle Zellen im Verbund gleichmäßig belastet, kann den Alterungsprozess erheblich verlangsamen. Lithium-Eisenphosphat kombiniert eine hohe Eigensicherheit mit einer langen Lebensdauer. Aufgrund der verwendeten Materialien sind die Speicher relativ günstig herzustellen. Zahlreiche Hersteller haben sich auf LiFePO4 spezialisiert, so dass die Technologie als sehr weit entwickelt bezeichnet werden kann.
• Die Blei-Carbon Technologie ist im Bereich der stationär eingesetzten Zellen eine der Marktführer und ähnlich lange wie die Standard Blei-Säure Zelle seit Jahrzehnten weltweit im Einsatz. Sie vereint die Vorteile aus beiden Welten, die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit der Blei-Säure-Technologie mit dem niedrigen Wartungsaufwand der Lithium Zelle. Die im Vergleich zur Lithium Zelle geringere Energiedichte stellt beim Einsatz in stationären Speichern keinen Nachteil dar. Bei den meisten Blei-Carbon Batteriezellen handelt es sich um Trockenakkumulatoren, sog. VRLA-AGM (Valve Regulated Lead Acid - Absorbent Glass Mat). Dabei ist der Elektrolyt in einem Vlies aus Glasfaser gebunden, so dass es keine inneren Flüssigkeiten gibt. Zwar müssen auch diese Zellen mit einem Ein-Wege-Ventil für eventuelle Ausgasungen (im Überladefall) ausgestattet sein, jedoch können sie problemlos gekippt oder gar geflutet werden, ohne dass Inhaltsstoffe, wie z.B. Schwefelsäure, austreten können. Die Produktionsprozesse sind standardisiert, so dass die Qualität als gesichert gilt. Darüber hinaus sind die Batterien zu einem sehr hohen Anteil recycelbar.