Energia, ca bază materială a progresului civilizației umane, a jucat întotdeauna un rol important. Este o garanție indispensabilă pentru dezvoltarea societății umane. Împreună cu apă, aer și hrană, constituie condițiile necesare pentru supraviețuirea umană și afectează în mod direct viața umană.

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

De la cărbunele ca sursă principală la începutul secolului al XIX-lea până la petrolul ca sursă principală la mijlocul secolului al XX-lea, oamenii au folosit energia fosilă la scară largă timp de peste 200 de ani. Cu toate acestea, structura energetică globală dominată de energia fosilă face ca energia fosilă să nu fie departe de epuizarea acesteia.

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

Prin urmare, este imperativ să reducem dependența de energia fosilă, să schimbăm structura existentă a utilizării iraționale a energiei și să căutăm noi surse de energie regenerabilă, curate și fără poluare.

În prezent, energia regenerabilă include în principal energia eoliană, energia hidrogenului, energia solară, energia biomasei, energia mareelor ​​și energia geotermală etc., iar energia eoliană și energia solară sunt domenii de cercetare importante la nivel mondial.

Cu toate acestea, este încă relativ dificil să se realizeze o conversie și stocare eficientă a diferitelor surse de energie regenerabilă, ceea ce face dificilă utilizarea lor eficientă.

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

În prezent, bateriile litiu-ion, fiind unele dintre cele mai eficiente baterii secundare, au fost utilizate pe scară largă în diverse dispozitive electronice, transporturi, industria aerospațială și alte domenii, perspectivele de dezvoltare fiind mai dificile.

Proprietățile fizice și chimice ale sodiului și litiului sunt similare și au 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 caracteristici de cost redus și eficiență ridicată.

Materialele electrozilor pozitivi și negativi ai bateriilor cu ioni de sodiu includ compuși metalici tranziționali stratificați, polianioni, fosfați metalici tranziționali, nanoparticule cu miez și înveliș, compuși metalici, carbon dur etc.

Fiind un 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 carbonoase 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 carbonizate cu un grad mai mare de grafitizare sunt dificil de utilizat în scopuri comerciale datorită suprafeței mari și a ordinii puternice.

Prin urmare, materialele din carbon dur fără grafit sunt utilizate în principal în cercetarea practică.

Pentru a îmbunătăți și mai mult performanța materialelor anodice pentru bateriile cu ioni de sodiu, hidrofilicitatea și conductivitatea materialelor din carbon pot fi îmbunătățite prin dopare sau compoundare cu ioni, ceea ce poate spori performanța de stocare a energiei materialelor din carbon.

Ca material pentru electrodul 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 numai că pot stoca ioni de sodiu prin adsorbție și intercalare, dar se pot combina și cu sodiul. Combinația de ioni generează capacitate prin reacții chimice pentru stocarea energiei, îmbunătățind astfel considerabil efectul de stocare a energiei.

Datorită costului ridicat și dificultății de a obține compuși metalici, materialele din carbon sunt încă principalele materiale anodice pentru bateriile cu ioni de sodiu.

Apariția compușilor metalici tranziționali stratificați a apărut după descoperirea grafenului. În prezent, materialele bidimensionale utilizate în bateriile sodiu-ion includ în principal NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 etc. stratificați pe bază de sodiu.

Materialele polianionice pentru electrozi pozitivi au fost utilizate pentru prima dată în electrozii pozitivi ai bateriilor litiu-ion, iar ulterior au fost utilizate în bateriile sodiu-ion. Printre materialele reprezentative importante se numără cristalele de olivină, cum ar fi NaMnPO4 și NaFePO4.

Fosfatul metalic de tranziție a fost utilizat inițial ca material pentru electrod pozitiv în bateriile litiu-ion. Procesul de sinteză este relativ matur și există numeroase structuri cristaline.

Fosfatul, ca structură tridimensională, construiește o structură-cadru care favorizează deintercalarea și intercalarea ionilor de sodiu, obținându-se astfel baterii cu ioni de sodiu cu performanțe excelente de stocare a energiei.

Materialul cu structură miez-coajă este un nou tip de material anodic pentru bateriile sodiu-ion, apărut abia în ultimii ani. Bazat pe materialele originale, acest material a obținut o structură goală printr-un design structural rafinat.

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

Datorită caracteristicilor sale excelente, împreună cu structura magică goală și poroasă, electrolitul este expus la o activitate electrochimică mai mare și, în același timp, promovează considerabil mobilitatea ionilor electrolitului pentru a realiza o stocare eficientă a energiei.

Energia regenerabilă la nivel global 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 noilor tehnologii actuale de stocare a energiei datorită avantajelor sale de siguranță ridicată, cost redus, utilizare flexibilă și eficiență ridicată.

Conform diferitelor procese de reacție electrochimică, sursele de energie pentru stocarea energiei electrochimice includ în principal supercondensatoare, baterii cu plumb-acid, baterii cu combustibil, baterii nichel-hidrură metalică, baterii sodiu-sulfur și baterii litiu-ion.

În tehnologia de stocare a energiei, materialele pentru electrozi flexibili au atras interesul multor oameni de știință datorită diversității designului, flexibilității, costului redus și caracteristicilor de protecție a mediului.

Materialele din carbon au o stabilitate termochimică specială, o bună conductivitate electrică, o rezistență ridicată și proprietăți mecanice neobișnuite, ceea ce le face electrozi promițători pentru bateriile litiu-ion și bateriile sodiu-ion.

Supercondensatoarele pot fi încărcate și descărcate rapid în condiții de curent ridicat și au o durată de viață a ciclului de peste 100.000 de ori. Acestea reprezintă un nou tip special de sursă de alimentare cu energie electrochimică, situată între condensatoare și baterii.

Supercondensatoarele au caracteristicile unei densități mari de putere și ale unei rate mari de conversie a energiei, dar densitatea lor energetică este scăzută, sunt predispuse la autodescărcare și sunt predispuse la scurgeri de electroliți atunci când sunt utilizate necorespunzător.

Deși pila de combustie are caracteristicile de neîncărcare, capacitate mare, capacitate specifică ridicată și gamă largă de putere specifică, temperatura ridicată de funcționare, prețul de cost ridicat și eficiența scăzută a conversiei energiei o fac disponibilă în procesul de comercializare și utilizată doar în anumite categorii.

Bateriile cu plumb au avantajele costului redus, tehnologiei mature și siguranței ridicate și au fost utilizate pe scară largă în stațiile de bază de semnalizare, biciclete electrice, automobile și stocarea energiei în rețea. Plăcile scurte, cum ar fi poluarea mediului, nu pot îndeplini cerințele și standardele din ce în ce mai ridicate pentru bateriile de stocare a energiei.

Bateriile Ni-MH au caracteristici precum o versatilitate puternică, o putere calorică scăzută, o capacitate mare de monomeri și caracteristici stabile de descărcare, dar greutatea lor este relativ mare și există multe probleme în gestionarea seriei de baterii, care pot duce cu ușurință la topirea separatoarelor individuale ale bateriilor.