Перспективні системи акумулювання енергії для електромобілів

Abstract

В умовах глобального енергетичного переходу та посилення кліматичних викликів, пов’язаних із викидами парникових газів, особливої актуальності набуває розвиток високоефективних і екологічно безпечних технологій зберігання енергії. Цей напрям є одним із ключових у контексті інтеграції відновлюваних джерел енергії до енергетичних систем, а також забезпечення сталої роботи електротранспорту, зокрема електромобілів. Сучасний транспортний сектор зазнає суттєвої трансформації під впливом інновацій, спрямованих на електрифікацію та зменшення залежності від викопного палива. Водночас ефективність функціонування електромобілів значною мірою визначається рівнем розвитку систем акумулювання енергії, які мають забезпечити високу питому енергоємність, тривалий термін служби, швидке заряджання, стабільність роботи в широкому діапазоні температур, а також безпеку та мінімальний вплив на довкілля. Наразі літій-іонні акумулятори домінують у сфері електромобілів, так як мають оптимальне поєднання високої енергетичної щільності, ефективності заряду/розряду, терміну служби та як результат баланс ціни та якості. Однак вони не позбавлені технічних, економічних та екологічних обмежень, що стимулює активні наукові пошуки альтернативних технологій: твердотілих акумуляторів, натрій-іонних систем, літій-повітряних та літій сірчаних акумуляторів, суперконденсаторів, гібридних рішень на основі комбінації акумуляторів з регенеративними паливними елементами та акумуляторів з суперконденсаторами тощо. У зв’язку з цим ця оглядова робота спрямована на систематизацію сучасних і перспективних технологій акумулювання енергії, аналіз їх потенціалу для використання в електричному транспорті, а також ідентифікацію основних проблем та напрямів подальших наукових досліджень і розробок у даній галузі. In the context of the global energy transition and growing climate challenges associated with greenhouse gas emissions, the development of highly efficient and environmentally friendly energy storage technologies is becoming increasingly important. This area is crucial both for the integration of renewable energy sources into modern power systems and for ensuring the sustainable operation of electric transportation, particularly electric vehicles (EVs). The transportation sector is undergoing a significant transformation driven by innovations aimed at electrification and reducing dependence on fossil fuels. At the same time, the performance and competitiveness of electric vehicles largely depend on the advancement of energy storage systems, which must offer high specific energy density, long service life, fast charging capabilities, stable performance under a wide range of temperatures, as well as safety and minimal environmental impact. Currently, lithium-ion batteries dominate the electric vehicle (EV) sector due to their optimal combination of high energy density, charge/discharge efficiency, lifespan, and, as a result, a favorable cost-to-performance ratio. However, they are not without technical, economic, and environmental limitations, which drives active scientific efforts to explore alternative technologies such as solid-state batteries, sodium-ion systems, lithium-air and lithium-sulfur batteries, supercapacitors, and hybrid solutions combining batteries with regenerative fuel cells or supercapacitors. In this context, this review focuses on systematizing modern and emerging energy storage technologies, analyzing their potential for application in electric transport, and identifying the main challenges and directions for further scientific research and development in this field.