L'energia, com a base material per al progrés de la civilització humana, sempre ha tingut un paper important.És una garantia indispensable per al desenvolupament de la societat humana.Juntament amb l'aigua, l'aire i els aliments, constitueix les condicions necessàries per a la supervivència humana i afecta directament la vida humana..

El desenvolupament de la indústria energètica ha experimentat dues grans transformacions de l'"era" de la llenya a l'"era" del carbó, i després de l'"era" del carbó a l'"era" del petroli.Ara ha començat a canviar de l'"era" del petroli a l'"era" del canvi d'energies renovables.

Des del carbó com a font principal a principis del segle XIX fins al petroli com a font principal a mitjans del segle XX, els humans han utilitzat energia fòssil a gran escala durant més de 200 anys.Tanmateix, l'estructura energètica global dominada per l'energia fòssil fa que ja no sigui lluny de l'esgotament de l'energia fòssil.

Els tres portadors econòmics tradicionals d'energia fòssil representats pel carbó, el petroli i el gas natural s'esgotaran ràpidament al nou segle i, en el procés d'ús i combustió, també provocarà l'efecte hivernacle, generarà una gran quantitat de contaminants i contaminarà. el medi ambient.

Per tant, és imprescindible reduir la dependència de l'energia fòssil, canviar l'estructura d'ús irracional de l'energia existent i buscar noves energies renovables netes i lliures de contaminació.

Actualment, les energies renovables inclouen principalment l'energia eòlica, l'energia de l'hidrogen, l'energia solar, l'energia de la biomassa, l'energia mareomotriu i l'energia geotèrmica, etc., i l'energia eòlica i l'energia solar són punts de recerca actuals a tot el món.

No obstant això, encara és relativament difícil aconseguir una conversió i emmagatzematge eficients de diverses fonts d'energia renovables, cosa que dificulta la seva utilització eficaç.

En aquest cas, per tal d'aconseguir l'ús efectiu de les noves energies renovables per part dels éssers humans, és necessari desenvolupar una nova tecnologia d'emmagatzematge d'energia còmoda i eficient, que també és un punt calent en la investigació social actual.

Actualment, les bateries d'ions de liti, com una de les bateries secundàries més eficients, s'han utilitzat àmpliament en diversos dispositius electrònics, transport, aeroespacial i altres camps., les perspectives de desenvolupament són més difícils.

Les propietats físiques i químiques del sodi i el liti són similars i té un efecte d'emmagatzematge d'energia.A causa del seu ric contingut, distribució uniforme de la font de sodi i baix preu, s'utilitza en tecnologia d'emmagatzematge d'energia a gran escala, que té les característiques de baix cost i alta eficiència.

Els materials d'elèctrodes positius i negatius de les bateries d'ions de sodi inclouen compostos de metalls de transició en capes, polianions, fosfats de metalls de transició, nanopartícules de nucli, compostos metàl·lics, carboni dur, etc.

Com a element amb reserves extremadament abundants a la natura, el carboni és barat i fàcil d'obtenir, i ha guanyat un gran reconeixement com a material d'ànode per a bateries d'ions de sodi.

Segons el grau de grafitització, els materials de carboni es poden dividir en dues categories: carboni grafitic i carboni amorf.

El carboni dur, que pertany al carboni amorf, presenta una capacitat específica d'emmagatzematge de sodi de 300 mAh/g, mentre que els materials de carboni amb un grau més alt de grafitització són difícils d'aconseguir per a l'ús comercial a causa de la seva gran superfície i ordre fort.

Per tant, els materials de carboni dur sense grafit s'utilitzen principalment en la investigació pràctica.

Per tal de millorar encara més el rendiment dels materials d'ànode per a les bateries d'ions de sodi, la hidrofílicitat i la conductivitat dels materials de carboni es poden millorar mitjançant el dopatge iònic o el compostatge, que pot millorar el rendiment d'emmagatzematge d'energia dels materials de carboni.

Com a material d'elèctrode negatiu de la bateria d'ions de sodi, els compostos metàl·lics són principalment carburs i nitrurs metàl·lics bidimensionals.A més de les excel·lents característiques dels materials bidimensionals, no només poden emmagatzemar ions de sodi per adsorció i intercalació, sinó que també es combinen amb sodi. La combinació d'ions genera capacitat mitjançant reaccions químiques per a l'emmagatzematge d'energia, millorant així molt l'efecte d'emmagatzematge d'energia.

A causa de l'alt cost i la dificultat per obtenir compostos metàl·lics, els materials de carboni segueixen sent els principals materials d'ànode per a les bateries d'ions de sodi.

L'augment dels compostos de metalls de transició en capes es produeix després del descobriment del grafè.Actualment, els materials bidimensionals utilitzats a les bateries d'ions de sodi inclouen principalment NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 en capes a base de sodi, etc.

Els materials d'elèctrodes positius polianiònics es van utilitzar per primera vegada en elèctrodes positius de bateries d'ions de liti i posteriorment es van utilitzar en bateries d'ions de sodi.Els materials representatius importants inclouen cristalls d'olivina com NaMnPO4 i NaFePO4.

El fosfat de metall de transició es va utilitzar originalment com a material d'elèctrode positiu a les bateries d'ions de liti.El procés de síntesi és relativament madur i hi ha moltes estructures cristal·lines.

El fosfat, com a estructura tridimensional, construeix una estructura de marc que afavoreix la desintercalació i la intercalació d'ions de sodi, i després obté bateries d'ions de sodi amb un excel·lent rendiment d'emmagatzematge d'energia.

El material de l'estructura de la carcassa del nucli és un nou tipus de material d'ànode per a bateries d'ions de sodi que només ha sorgit en els últims anys.Basat en els materials originals, aquest material ha aconseguit una estructura buida mitjançant un disseny estructural exquisit.

Els materials d'estructura de nucli de closca més comuns inclouen nanocubs de seleniur de cobalt buits, nanosferes de vanadat de sodi de nucli i closca co-dopades amb Fe-N, nanosferes poroses d'òxid d'estany buits de carboni i altres estructures buides.

A causa de les seves excel·lents característiques, juntament amb l'estructura màgica buida i porosa, s'exposa més activitat electroquímica a l'electròlit i, al mateix temps, també afavoreix molt la mobilitat iònica de l'electròlit per aconseguir un emmagatzematge eficient d'energia.

L'energia renovable global segueix augmentant, promovent el desenvolupament de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia.

Actualment, segons diferents mètodes d'emmagatzematge d'energia, es pot dividir en emmagatzematge d'energia física i emmagatzematge d'energia electroquímica.

L'emmagatzematge d'energia electroquímica compleix els estàndards de desenvolupament de la nova tecnologia d'emmagatzematge d'energia actual a causa dels seus avantatges d'alta seguretat, baix cost, ús flexible i alta eficiència.

Segons diferents processos de reacció electroquímica, les fonts d'energia d'emmagatzematge d'energia electroquímica inclouen principalment supercondensadors, bateries de plom-àcid, bateries d'energia de combustible, bateries de níquel-hidrur metàl·lic, bateries de sofre de sodi i bateries d'ions de liti.

En la tecnologia d'emmagatzematge d'energia, els materials d'elèctrodes flexibles han atret els interessos de recerca de molts científics a causa de la seva diversitat de disseny, flexibilitat, baix cost i característiques de protecció del medi ambient.

Els materials de carboni tenen una estabilitat termoquímica especial, bona conductivitat elèctrica, alta resistència i propietats mecàniques inusuals, cosa que els converteix en elèctrodes prometedors per a bateries d'ions de liti i bateries d'ions de sodi.

Els supercondensadors es poden carregar i descarregar ràpidament en condicions de corrent elevat i tenen una vida útil de més de 100.000 vegades.Són un nou tipus de font d'alimentació especial d'emmagatzematge d'energia electroquímica entre condensadors i bateries.

Els supercondensadors tenen les característiques d'una alta densitat de potència i una alta taxa de conversió d'energia, però la seva densitat d'energia és baixa, són propensos a l'autodescàrrega i són propensos a les fuites d'electròlits quan s'utilitzen de manera inadequada.

Tot i que la pila d'energia de combustible té les característiques de no càrrega, gran capacitat, alta capacitat específica i ampli rang de potència específica, la seva alta temperatura de funcionament, alt preu de cost i baixa eficiència de conversió d'energia la fan només disponible en el procés de comercialització.utilitzat en determinades categories.

Les bateries de plom-àcid tenen els avantatges d'un baix cost, una tecnologia madura i una alta seguretat, i s'han utilitzat àmpliament en estacions base de senyal, bicicletes elèctriques, automòbils i emmagatzematge d'energia a la xarxa.Les plaques curtes com la contaminació del medi ambient no poden complir els requisits i els estàndards cada cop més alts per a les bateries d'emmagatzematge d'energia.

Les bateries Ni-MH tenen les característiques de gran versatilitat, baix poder calorífic, gran capacitat de monòmer i característiques de descàrrega estables, però el seu pes és relativament gran i hi ha molts problemes en la gestió de sèries de bateries, que poden conduir fàcilment a la fusió d'una sola bateria. separadors de bateries.