Energija, kao materijalna osnova za napredak ljudske civilizacije, oduvijek je igrala važnu ulogu. Ona je nezamjenjivo jamstvo razvoja ljudskog društva. Zajedno s vodom, zrakom i hranom, ona predstavlja nužne uvjete za ljudski opstanak i izravno utječe na ljudski život.

Razvoj energetske industrije prošao je kroz dvije velike transformacije od „ere“ ogrjevnog drva do „ere“ ugljena, a zatim od „ere“ ugljena do „ere“ nafte. Sada se počeo mijenjati od „ere“ nafte do „ere“ obnovljivih izvora energije.

Od ugljena kao glavnog izvora početkom 19. stoljeća do nafte kao glavnog izvora sredinom 20. stoljeća, ljudi koriste fosilnu energiju u velikim razmjerima već više od 200 godina. Međutim, globalna energetska struktura u kojoj dominira fosilna energija čini je vrlo blizu iscrpljivanju fosilne energije.

Tri tradicionalna fosilna energetska nositelja, ugljen, nafta i prirodni plin, brzo će se iscrpiti u novom stoljeću, a procesom korištenja i izgaranja uzrokovat će se efekt staklenika, stvarati velika količina onečišćujućih tvari i zagađivati ​​okoliš.

Stoga je nužno smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima, promijeniti postojeću neracionalnu strukturu korištenja energije i tražiti čiste i onečišćujuće nove obnovljive izvore energije.

Trenutno, obnovljivi izvori energije uglavnom uključuju energiju vjetra, energiju vodika, solarnu energiju, energiju biomase, energiju plime i oseke i geotermalnu energiju itd., a energija vjetra i solarna energija su trenutna istraživačka žarišta diljem svijeta.

Međutim, još uvijek je relativno teško postići učinkovitu pretvorbu i skladištenje različitih obnovljivih izvora energije, što otežava njihovo učinkovito korištenje.

U ovom slučaju, kako bi se ostvarilo učinkovito korištenje novih obnovljivih izvora energije od strane ljudi, potrebno je razviti prikladnu i učinkovitu novu tehnologiju skladištenja energije, što je također vruća točka u trenutnim društvenim istraživanjima.

Trenutno se litij-ionske baterije, kao jedna od najučinkovitijih sekundarnih baterija, široko koriste u raznim elektroničkim uređajima, transportu, zrakoplovstvu i drugim područjima, no izgledi za razvoj su sve teži.

Fizikalna i kemijska svojstva natrija i litija su slična, a imaju i učinak skladištenja energije. Zbog bogatog sadržaja, ravnomjerne raspodjele izvora natrija i niske cijene, koristi se u tehnologiji skladištenja energije velikih razmjera, koja ima karakteristike niske cijene i visoke učinkovitosti.

Materijali pozitivnih i negativnih elektroda natrijevih ionskih baterija uključuju slojevite spojeve prijelaznih metala, polianione, fosfate prijelaznih metala, nanočestice s jezgrom i ljuskom, metalne spojeve, tvrdi ugljik itd.

Kao element s izuzetno obilnim rezervama u prirodi, ugljik je jeftin i lako ga je dobiti te je stekao veliko priznanje kao anodni materijal za natrij-ionske baterije.

Prema stupnju grafitizacije, ugljični materijali mogu se podijeliti u dvije kategorije: grafitni ugljik i amorfni ugljik.

Tvrdi ugljik, koji pripada amorfnom ugljiku, pokazuje specifični kapacitet skladištenja natrija od 300 mAh/g, dok je ugljične materijale s višim stupnjem grafitizacije teško komercijalno koristiti zbog velike površine i jakog uređenja.

Stoga se u praktičnim istraživanjima uglavnom koriste tvrdi ugljični materijali koji nisu grafit.

Kako bi se dodatno poboljšale performanse anodnih materijala za natrij-ionske baterije, hidrofilnost i vodljivost ugljičnih materijala mogu se poboljšati ionskim dopiranjem ili miješanjem, što može poboljšati performanse pohrane energije ugljičnih materijala.

Kao materijal negativne elektrode natrijevih ionskih baterija, metalni spojevi su uglavnom dvodimenzionalni metalni karbidi i nitridi. Osim izvrsnih karakteristika dvodimenzionalnih materijala, oni ne samo da mogu pohranjivati ​​natrijeve ione adsorpcijom i interkalacijom, već se i kombinirati s natrijem. Kombinacija iona stvara kapacitet kemijskim reakcijama za pohranu energije, čime se uvelike poboljšava učinak pohrane energije.

Zbog visokih troškova i teškoća u dobivanju metalnih spojeva, ugljični materijali su i dalje glavni anodni materijali za natrij-ionske baterije.

Pojava slojevitih spojeva prijelaznih metala dogodila se nakon otkrića grafena. Trenutno, dvodimenzionalni materijali koji se koriste u natrij-ionskim baterijama uglavnom uključuju slojevite NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 itd. na bazi natrija.

Polianionski pozitivni elektrodni materijali prvo su korišteni u pozitivnim elektrodama litij-ionskih baterija, a kasnije su korišteni u natrij-ionskim baterijama. Važni reprezentativni materijali uključuju kristale olivina poput NaMnPO4 i NaFePO4.

Prijelazni metalni fosfat izvorno se koristio kao materijal za pozitivne elektrode u litij-ionskim baterijama. Proces sinteze je relativno zreo i postoji mnogo kristalnih struktura.

Fosfat, kao trodimenzionalna struktura, gradi okvirnu strukturu koja pogoduje deinterkalaciji i interkalaciji natrijevih iona, te se tako dobivaju natrij-ionske baterije s izvrsnim performansama pohrane energije.

Materijal s jezgrom i ljuskom je nova vrsta anodnog materijala za natrij-ionske baterije koja se pojavila tek posljednjih godina. Na temelju originalnih materijala, ovaj je materijal postigao šuplju strukturu kroz izvrstan strukturni dizajn.

Uobičajeniji materijali s jezgrom i ljuskom uključuju šuplje nanokocke kobalt selenida, Fe-N ko-dopirane nanosfere jezgre i ljuske natrijevog vanadata, porozne šuplje nanosfere ugljikovog kositrovog oksida i druge šuplje strukture.

Zbog svojih izvrsnih karakteristika, u kombinaciji s magičnom šupljom i poroznom strukturom, elektrolit je izložen većoj elektrokemijskoj aktivnosti, a istovremeno uvelike potiče pokretljivost iona elektrolita kako bi se postiglo učinkovito skladištenje energije.

Globalna obnovljiva energija nastavlja rasti, potičući razvoj tehnologije skladištenja energije.

Trenutno se, prema različitim metodama skladištenja energije, ona može podijeliti na fizičko skladištenje energije i elektrokemijsko skladištenje energije.

Elektrokemijsko skladištenje energije zadovoljava standarde razvoja današnje nove tehnologije skladištenja energije zbog svojih prednosti visoke sigurnosti, niske cijene, fleksibilne upotrebe i visoke učinkovitosti.

Prema različitim elektrokemijskim reakcijskim procesima, elektrokemijski izvori energije za pohranu uglavnom uključuju superkondenzatore, olovno-kiselinske baterije, gorivne baterije, nikal-metal hidridne baterije, natrij-sumporne baterije i litij-ionske baterije.

U tehnologiji skladištenja energije, fleksibilni elektrodni materijali privukli su brojne znanstvenike zbog svoje raznolikosti dizajna, fleksibilnosti, niske cijene i karakteristika zaštite okoliša.

Ugljični materijali imaju posebnu termokemijsku stabilnost, dobru električnu vodljivost, visoku čvrstoću i neobična mehanička svojstva, što ih čini obećavajućim elektrodama za litij-ionske baterije i natrij-ionske baterije.

Superkondenzatori se mogu brzo puniti i prazniti pod uvjetima visoke struje, a imaju vijek trajanja od preko 100 000 puta. Oni su nova vrsta posebnog elektrokemijskog izvora energije za pohranu energije između kondenzatora i baterija.

Superkondenzatori imaju karakteristike visoke gustoće snage i visoke stope pretvorbe energije, ali im je gustoća energije niska, skloni su samopražnjenju i curenju elektrolita ako se nepravilno koriste.

Iako gorivna ćelija ima karakteristike nepunjenja, velikog kapaciteta, visokog specifičnog kapaciteta i širokog raspona specifične snage, njena visoka radna temperatura, visoka cijena i niska učinkovitost pretvorbe energije čine je dostupnom u procesu komercijalne upotrebe samo u određenim kategorijama.

Olovno-kiselinske baterije imaju prednosti niske cijene, zrele tehnologije i visoke sigurnosti te se široko koriste u signalnim baznim stanicama, električnim biciklima, automobilima i mrežnim skladištima energije. Kratke ploče, poput onih koje zagađuju okoliš, ne mogu zadovoljiti sve više zahtjeve i standarde za baterije za pohranu energije.

Ni-MH baterije imaju karakteristike velike svestranosti, niske kalorijske vrijednosti, velikog kapaciteta monomera i stabilnih karakteristika pražnjenja, ali im je težina relativno velika i postoji mnogo problema u upravljanju serijama baterija, što lako može dovesti do topljenja separatora pojedinačnih baterija.