Проблемы и перспективы натрий-ионных и калий-ионных аккумуляторных батарей для массового производства

Экспоненциальный рост рынка литий-ионных аккумуляторных батарей (LIB) приводит к значительному несоответствию между предложением ресурсов и спросом на них. В связи с этим натрий-ионные и калий-ионные аккумуляторные батареи являются перспективными недорогими альтернативами LIB. Однако больший размер ионов Na+ и K+ создает проблемы, препятствующие достижению этими батареями плотности энергии, сопоставимой с плотностью энергии LIB, при сохранении приемлемого срока службы. В данной аналитической статье оцениваются современное состояние натрий-ионных и калий-ионных аккумуляторных батарей, а также связанные с ними проблемы на фундаментальном и коммерческом уровнях. Основное внимание уделено структурной нестабильности, обусловленной фазовыми переходами в процессе циклирования, сложным процессам химической деградации и возможным направлениям повышения эксплуатационных характеристик, в частности с целью повышения пригодности этих технологий для систем накопления энергии в энергосетях. Анализируются ограничения, связанные с производством и распространенностью материалов для химических систем, основанных на наиболее современных материалах, а также рассматриваются критически важные параметры с позиций исследователей и инвесторов. Цель анализа — дать представление о стратегических компромиссах, необходимых для эффективного внедрения технологии в реальных приложениях, таких как накопление энергии в энергосетях и другие области. Кроме того, использование металлов с незначительными или отсутствующими проблемами в цепочках поставок рассматривается как важный аспект этих компромиссов.