L'energia, com a base material per al progrés de la civilització humana, sempre ha jugat 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 cap a les energies renovables.

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

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

Per tant, és imperatiu reduir la dependència de l'energia fòssil, canviar l'estructura irracional d'ús 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 importants a tot el món.

No obstant això, encara és relativament difícil aconseguir una conversió i un emmagatzematge eficients de diverses fonts d'energia renovables, cosa que dificulta el seu ús eficaç.

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

Actualment, les bateries de liti-ió, 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, la distribució uniforme de la font de sodi i el 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 i closca, 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 molt reconeixement com a material ànode per a bateries d'ions de sodi.

Segons el grau de grafitització, els materials de carboni es poden dividir en dues categories: carboni grafític 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 de satisfer per a l'ús comercial a causa de la seva gran superfície i el seu fort ordre.

Per tant, els materials de carboni dur que no són de grafit s'utilitzen principalment en la investigació pràctica.

Per tal de millorar encara més el rendiment dels materials ànode per a bateries d'ions de sodi, es pot millorar la hidrofilicitat i la conductivitat dels materials de carboni mitjançant dopatge o compostos iònics, cosa 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 nitrids 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 el sodi. La combinació d'ions genera capacitança mitjançant reaccions químiques per a l'emmagatzematge d'energia, millorant així considerablement l'efecte d'emmagatzematge d'energia.

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

L'auge dels compostos de metalls de transició en capes és posterior al descobriment del grafè. Actualment, els materials bidimensionals utilitzats en bateries d'ions de sodi inclouen principalment NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, etc. en capes basades en sodi.

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

El fosfat metàl·lic de transició es va utilitzar originalment com a material d'elèctrode positiu en 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 d'estructura nucli-carcassa és un nou tipus de material ànode per a bateries d'ions de sodi que ha aparegut en els darrers anys. Basat en els materials originals, aquest material ha aconseguit una estructura buida mitjançant un disseny estructural exquisit.

Els materials d'estructura nucli-escorça més comuns inclouen nanocubs de selenur de cobalt buits, nanosferes de vanadat de sodi nucli-escorça co-dopades amb Fe-N, nanosferes d'òxid d'estany buides de carboni porós 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, alhora, també promou enormement la mobilitat iònica de l'electròlit per aconseguir un emmagatzematge d'energia eficient.

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

Actualment, segons els diferents mètodes d'emmagatzematge d'energia, es pot dividir en emmagatzematge d'energia físic i emmagatzematge d'energia electroquímic.

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

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

Els materials de carboni tenen una estabilitat termoquímica especial, una bona conductivitat elèctrica, una 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 d'alt corrent i tenen una vida útil de més de 100.000 vegades. Són un nou tipus especial de font d'alimentació 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 fuites d'electròlits quan s'utilitzen incorrectament.

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

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

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