Energia, ca bază materială pentru progresul civilizației umane, a jucat întotdeauna un rol important.Este o garanție indispensabilă pentru dezvoltarea societății umane.Împreună cu apa, aerul și hrana, constituie condițiile necesare supraviețuirii umane și afectează direct viața umană..

Dezvoltarea industriei energetice a suferit două transformări majore de la „era” lemnului de foc la „era” cărbunelui, iar apoi de la „era” cărbunelui la „era” petrolului.Acum a început să se schimbe din „era” petrolului la „era” schimbării energiei regenerabile.

De la cărbune ca sursă principală la începutul secolului al XIX-lea până la petrol ca sursă principală la mijlocul secolului al XX-lea, oamenii au folosit energie fosilă pe scară largă de mai bine de 200 de ani.Cu toate acestea, structura energetică globală dominată de energia fosilă o face să nu mai fie departe de epuizarea energiei fosile.

Cei trei purtători economici tradiționali de energie fosilă reprezentați de cărbune, petrol și gaze naturale se vor epuiza rapid în noul secol, iar în procesul de utilizare și ardere, va provoca, de asemenea, efectul de seră, va genera o cantitate mare de poluanți și va polua. mediul.

Prin urmare, este imperativ să se reducă dependența de energia fosilă, să se schimbe structura existentă de utilizare irațională a energiei și să se caute noi energii regenerabile curate și fără poluare.

În prezent, energia regenerabilă include în principal energia eoliană, energia cu hidrogen, energia solară, energia din biomasă, energia mareelor ​​și energia geotermală etc., iar energia eoliană și energia solară sunt puncte fierbinți de cercetare actuale la nivel mondial.

Cu toate acestea, este încă relativ dificil să se realizeze conversia și stocarea eficientă a diferitelor surse de energie regenerabilă, făcând astfel dificilă utilizarea lor eficientă.

În acest caz, pentru a realiza utilizarea eficientă a noii energii regenerabile de către ființele umane, este necesar să se dezvolte o nouă tehnologie convenabilă și eficientă de stocare a energiei, care este, de asemenea, un punct fierbinte în cercetarea socială actuală.

În prezent, bateriile litiu-ion, ca una dintre cele mai eficiente baterii secundare, au fost utilizate pe scară largă în diverse dispozitive electronice, transport, aerospațial și alte domenii., perspectivele de dezvoltare sunt mai dificile.

Proprietățile fizice și chimice ale sodiului și litiului sunt similare și are efect de stocare a energiei.Datorită conținutului său bogat, distribuției uniforme a sursei de sodiu și prețului scăzut, este utilizat în tehnologia de stocare a energiei la scară largă, care are caracteristicile unui cost scăzut și eficiență ridicată.

Materialele electrozilor pozitive și negative ale bateriilor cu ioni de sodiu includ compuși stratificati de metale tranziționale, polianioni, fosfați de metale tranziționale, nanoparticule de miez-înveliș, compuși metalici, carbon dur etc.

Ca element cu rezerve extrem de abundente în natură, carbonul este ieftin și ușor de obținut și a câștigat multă recunoaștere ca material anodic pentru bateriile cu ioni de sodiu.

În funcție de gradul de grafitizare, materialele carbonice pot fi împărțite în două categorii: carbon grafitic și carbon amorf.

Carbonul dur, care aparține carbonului amorf, prezintă o capacitate specifică de stocare a sodiului de 300 mAh/g, în timp ce materialele de carbon cu un grad mai mare de grafitizare sunt greu de satisfăcut utilizării comerciale datorită suprafeței lor mari și ordinii puternice.

Prin urmare, materialele de carbon dur non-grafit sunt utilizate în principal în cercetarea practică.

Pentru a îmbunătăți și mai mult performanța materialelor anodice pentru bateriile cu ioni de sodiu, hidrofilitatea și conductivitatea materialelor de carbon pot fi îmbunătățite prin intermediul dopajului ionic sau al amestecării, care poate îmbunătăți performanța de stocare a energiei a materialelor cu carbon.

Fiind materialul electrodului negativ al bateriei cu ioni de sodiu, compușii metalici sunt în principal carburi și nitruri metalice bidimensionale.Pe lângă caracteristicile excelente ale materialelor bidimensionale, acestea nu pot stoca numai ionii de sodiu prin adsorbție și intercalare, ci și se pot combina cu sodiu. Combinația de ioni generează capacitate prin reacții chimice pentru stocarea energiei, îmbunătățind astfel foarte mult efectul de stocare a energiei.

Datorită costului ridicat și dificultății în obținerea compușilor metalici, materialele de carbon sunt în continuare principalele materiale anodice pentru bateriile cu ioni de sodiu.

Creșterea compușilor stratificati ai metalelor de tranziție are loc după descoperirea grafenului.În prezent, materialele bidimensionale utilizate în bateriile cu ioni de sodiu includ în principal NaxMO4 stratificat pe bază de sodiu, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 etc.

Materialele cu electrozi pozitivi polianionici au fost utilizate pentru prima dată în electrozii pozitivi pentru baterii cu ioni de litiu, iar ulterior au fost utilizate în bateriile cu ioni de sodiu.Materialele reprezentative importante includ cristale de olivină, cum ar fi NaMnPO4 și NaFePO4.

Fosfatul de metal de tranziție a fost folosit inițial ca material pentru electrozi pozitivi în bateriile litiu-ion.Procesul de sinteză este relativ matur și există multe structuri cristaline.

Fosfatul, ca structură tridimensională, construiește o structură cadru care este favorabilă deintercalării și intercalării ionilor de sodiu și apoi obține baterii cu ioni de sodiu cu performanțe excelente de stocare a energiei.

Materialul structurii miez-înveliș este un nou tip de material anodic pentru bateriile cu ioni de sodiu, care a apărut abia în ultimii ani.Pe baza materialelor originale, acest material a obținut o structură goală printr-un design structural rafinat.

Cele mai comune materiale cu structură miez-înveliș includ nanocuburi goale de seleniră de cobalt, nanosfere de vanadat de sodiu miez-cochiliu co-dopate cu Fe-N, nanosfere poroase de oxid de staniu goale de carbon și alte structuri goale.

Datorită caracteristicilor sale excelente, împreună cu structura magică goală și poroasă, electrolitului este expusă mai multă activitate electrochimică și, în același timp, promovează foarte mult mobilitatea ionică a electrolitului pentru a obține o stocare eficientă a energiei.

Energia regenerabilă globală continuă să crească, promovând dezvoltarea tehnologiei de stocare a energiei.

În prezent, conform diferitelor metode de stocare a energiei, aceasta poate fi împărțită în stocare fizică a energiei și stocare electrochimică a energiei.

Stocarea electrochimică a energiei îndeplinește standardele de dezvoltare ale noii tehnologii de stocare a energiei de astăzi datorită avantajelor sale de siguranță ridicată, cost redus, utilizare flexibilă și eficiență ridicată.

Conform diferitelor procese de reacție electrochimică, sursele de energie de stocare a energiei electrochimice includ în principal supercondensatori, baterii plumb-acid, baterii de alimentare cu combustibil, baterii nichel-hidrură metalică, baterii de sodiu-sulf și baterii litiu-ion.

În tehnologia de stocare a energiei, materialele flexibile pentru electrozi au atras multe interese de cercetare ale oamenilor de știință datorită diversității designului, flexibilității, costurilor reduse și caracteristicilor de protecție a mediului.

Materialele de carbon au stabilitate termochimică specială, conductivitate electrică bună, rezistență ridicată și proprietăți mecanice neobișnuite, făcându-le electrozi promițători pentru bateriile litiu-ion și bateriile cu ioni de sodiu.

Supercondensatoarele pot fi încărcate și descărcate rapid în condiții de curent ridicat și au o durată de viață de peste 100.000 de ori.Sunt un nou tip de sursă specială de stocare a energiei electrochimice între condensatori și baterii.

Supercondensatorii au caracteristicile unei densități mari de putere și o rată de conversie ridicată a energiei, dar densitatea lor de energie este scăzută, sunt predispuse la auto-descărcare și sunt predispuse la scurgeri de electroliți atunci când sunt utilizate necorespunzător.

Deși celula de alimentare cu combustibil are caracteristicile lipsei de încărcare, capacitate mare, capacitate specifică mare și gamă largă de putere specifică, temperatura de funcționare ridicată, prețul de cost ridicat și eficiența scăzută a conversiei energiei o fac disponibilă numai în procesul de comercializare.utilizate în anumite categorii.

Bateriile cu plumb au avantajele unui cost redus, tehnologie matură și siguranță ridicată și au fost utilizate pe scară largă în stațiile de bază de semnal, biciclete electrice, automobile și stocarea energiei în rețea.Plăcile scurte precum poluarea mediului nu pot îndeplini cerințele și standardele din ce în ce mai ridicate pentru bateriile de stocare a energiei.

Bateriile Ni-MH au caracteristicile de versatilitate puternică, putere calorică scăzută, capacitate mare de monomeri și caracteristici stabile de descărcare, dar greutatea lor este relativ mare și există multe probleme în gestionarea seriei de baterii, ceea ce poate duce cu ușurință la topirea unui singur acumulator. separatoare de baterii.