Перспективы и проблемы аккумуляторных батарей нового поколения, выходящих за пределы литий-ионных технологий, для электромобилей и декарбонизации энергосетей

Значительное повышение эксплуатационных характеристик и снижение стоимости литий-ионных аккумуляторных батарей (LIB) сделали их предпочтительной технологией хранения электрической энергии. Хотя освоенные электрохимические системы и архитектуры элементов литий-ионных батарей обеспечивают высокие показатели удельной мощности и удельной энергии, маловероятно, что LIB смогут удовлетворить всем требованиям к эксплуатационным характеристикам, стоимости и масштабированию, предъявляемым к системам хранения энергии, особенно в крупномасштабных областях применения, таких как электрифицированный транспорт и энергосети. Необходимость дальнейшего снижения стоимости и/или повышения удельной энергии, а также растущая обеспокоенность потребностями литий-ионных технологий в природных ресурсах ускорили исследование так называемых технологий, выходящих за пределы литий-ионных. В этом обзоре рассматриваются последние достижения, проблемы и перспективы четырех важных технологий, выходящих за пределы литий-ионных: натрий-ионных аккумуляторных батарей, калий-ионных аккумуляторных батарей, полностью твердотельных аккумуляторных батарей и поливалентных аккумуляторных батарей. Для каждой технологии подробно обсуждаются фундаментальные научные основы существующих проблем и потенциальные решения, направленные на достижение будущего с низкой стоимостью и/или высокой удельной энергией. Хотя маловероятно, что какая-либо новая технология полностью заменит литий-ионные батареи в ближайшем будущем, технологии, выходящие за пределы литий-ионных, следует рассматривать как возможности для расширения применения систем хранения энергии в средне- и крупномасштабных областях.