Promises and Challenges of Next-Generation “Beyond Li-ion” Batteries for Electric Vehicles and Grid Decarbonization

化学 储能 电池(电) 能量密度 资源(消歧) 纳米技术 比例(比率) 锂(药物) 工程物理 功率(物理) 计算机科学 物理 工程类 计算机网络 内分泌学 材料科学 医学 量子力学
作者
Yaosen Tian,Guobo Zeng,Ann Rutt,Tan Shi,Haegyeom Kim,Jingyang Wang,Julius Koettgen,Yingzhi Sun,Bin Ouyang,Tina Chen,Zhengyan Lun,Ziqin Rong,Kristin A. Persson,Gerbrand Ceder
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:121 (3): 1623-1669 被引量:1117
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00767
摘要

The tremendous improvement in performance and cost of lithium-ion batteries (LIBs) have made them the technology of choice for electrical energy storage. While established battery chemistries and cell architectures for Li-ion batteries achieve good power and energy density, LIBs are unlikely to meet all the performance, cost, and scaling targets required for energy storage, in particular, in large-scale applications such as electrified transportation and grids. The demand to further reduce cost and/or increase energy density, as well as the growing concern related to natural resource needs for Li-ion have accelerated the investigation of so-called "beyond Li-ion" technologies. In this review, we will discuss the recent achievements, challenges, and opportunities of four important "beyond Li-ion" technologies: Na-ion batteries, K-ion batteries, all-solid-state batteries, and multivalent batteries. The fundamental science behind the challenges, and potential solutions toward the goals of a low-cost and/or high-energy-density future, are discussed in detail for each technology. While it is unlikely that any given new technology will fully replace Li-ion in the near future, "beyond Li-ion" technologies should be thought of as opportunities for energy storage to grow into mid/large-scale applications.
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