在基础研究方面，对于重力储能系统来说，由于固体重物的不可流动性和不连续性，实现多重物的连续高效和快速传动、减少重物启停和切换过程对机械传动和电网系统的冲击是其核心技术难题。

在系统设计方面，陈云良等类比抽水蓄能技术构想了一种含重力轮机、上/下仓的重力储能发电方案，并提到借鉴抽水蓄能电站的抽水/发电双向运行的可逆式机组技术思路。肖立业等考虑到废弃矿井的安全性及储能塔的建筑稳定性要求较高，提出一种将储能塔建造在地下竖井(或斜井)中的方案，并列举了竖井和斜井的各自适用场景。中科院工程热物理所秦婷婷等针对斜坡轨道列车重力储能系统，分析了系统各部件在储能过程和释能过程的能量损耗特性，研究了载重车辆质量、车辆速度、斜坡坡度等因素对系统效率的影响规律。

在重力电动/发电机组方面，陈云良等构想出一种与水泵水轮机作用类似的重力轮机，与发电机组成重力发电机组，可保持势能转化的连续性。Tong等分析得出电动/发电机组效率的提高对固体重力储能系统的循环效率有显著影响。赵永明等根据重力储能系统高载重、低速率的特点，表明低速大扭矩永磁同步电机是较好的电机选择，并设计出适合低速大扭矩永磁同步电机并网系统。

在储能介质方面，Tong等通过对比分析几种固体重物介质的重量单位容量成本，得出砂、混凝土和铁是最合适的重质材料，并列举其各自的适用场景。夏焱等提出可利用建筑垃圾作为储能媒介，具有环保型和经济性。中国天楹公司的重力储能项目有多种重力块替代方案，目前正研究利用垃圾焚烧底灰和塑料、工程渣土、固废等为原材料制备重力块。

在储能系统及并网稳定性方面，中国科学院电工研究所针对垂直式和斜坡式系统中电网-电机-传动机构-重物复杂机电系统的动力学特性进行了系统分析，获得了重物加减速及切换过渡过程对电网和传动机构稳定性的影响规律，并提出了基于多电机集群或耦合功率型储能系统的协调控制策略，为提升系统稳定性和能效提供了依据；国网黑龙江省电科院针对多重物联合储能系统，提出了利用潮流计算和粒子群算法的电网无功优化和电压控制以及储能系统功率分配策略，为提高电网电压稳定性及系统效率提供了依据。

重力储能的关键技术主要包括重力储能电动/发电机及其控制系统设计技术、多重物连续高效和快速传动技术、储能系统并网技术和功率平滑技术等。

在重力储能电动/发电机及其控制系统设计技术方面，中国科学院电工研究所提出了重力储能用永磁半直驱电动发电机的设计方案，并对不同转速和转矩情况下电动发电机的效率进行了仿真分析；进一步对重物悬停和电网短路情况下永磁电机的不可逆失磁问题进行了探讨，提出了改进方案；研究了永磁同步电机经变流器并网控制方法，分别设计机侧、网侧控制系统实现重力储能系统的稳定并网运行。