Energia, jako materialna podstawa postępu cywilizacji ludzkiej, zawsze odgrywała ważną rolę.Jest nieodzowną gwarancją rozwoju społeczeństwa ludzkiego.Razem z wodą, powietrzem i żywnością stanowi warunki niezbędne do przetrwania człowieka i bezpośrednio wpływa na jego życie..

Rozwój energetyki przeszedł dwie zasadnicze przemiany: od „ery” drewna opałowego do „ery” węgla, a następnie od „ery” węgla do „ery” ropy.Teraz zaczęło się to zmieniać z „ery” ropy naftowej w „erę” przemian w zakresie energii odnawialnej.

Od węgla jako głównego źródła energii na początku XIX wieku po ropę naftową jako główne źródło w połowie XX wieku – ludzie na szeroką skalę wykorzystują energię kopalną od ponad 200 lat.Jednak globalna struktura energetyczna zdominowana przez energię kopalną sprawia, że ​​nie jest już daleko od wyczerpywania się energii kopalnej.

Trzy tradycyjne, ekonomiczne nośniki energii kopalnej, jakimi są węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, w nowym stuleciu szybko się wyczerpią, a w procesie wykorzystania i spalania będzie to również powodować efekt cieplarniany, wytwarzać dużą ilość substancji zanieczyszczających i zanieczyszczać środowisko. środowisko.

Dlatego konieczne jest zmniejszenie zależności od energii kopalnej, zmiana istniejącej irracjonalnej struktury wykorzystania energii oraz poszukiwanie nowej, czystej i wolnej od zanieczyszczeń energii odnawialnej.

Obecnie energia odnawialna obejmuje głównie energię wiatru, energię wodoru, energię słoneczną, energię biomasy, energię pływów i energię geotermalną itp., a energia wiatrowa i energia słoneczna są obecnie gorącymi punktami badawczymi na całym świecie.

Jednak w dalszym ciągu stosunkowo trudno jest osiągnąć efektywną konwersję i magazynowanie różnych odnawialnych źródeł energii, co utrudnia ich efektywne wykorzystanie.

W tym przypadku, aby zrealizować efektywne wykorzystanie nowej energii odnawialnej przez człowieka, konieczne jest opracowanie wygodnej i wydajnej nowej technologii magazynowania energii, co jest również gorącym punktem bieżących badań społecznych.

Obecnie akumulatory litowo-jonowe, jako jedne z najbardziej wydajnych akumulatorów wtórnych, są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, transporcie, lotnictwie i innych dziedzinach.perspektywy rozwoju są trudniejsze.

Właściwości fizyczne i chemiczne sodu i litu są podobne i mają efekt magazynowania energii.Ze względu na bogatą zawartość, równomierny rozkład źródła sodu i niską cenę jest stosowany w technologii magazynowania energii na dużą skalę, która charakteryzuje się niskim kosztem i wysoką wydajnością.

Materiały elektrod dodatnich i ujemnych akumulatorów jonowo-sodowych obejmują warstwowe związki metali przejściowych, polianiony, fosforany metali przejściowych, nanocząstki typu rdzeń-powłoka, związki metali, twardy węgiel itp.

Jako pierwiastek posiadający w przyrodzie niezwykle obfite zasoby, węgiel jest tani i łatwy do uzyskania, a także zyskał duże uznanie jako materiał anodowy do akumulatorów sodowo-jonowych.

W zależności od stopnia grafityzacji materiały węglowe można podzielić na dwie kategorie: węgiel grafitowy i węgiel amorficzny.

Węgiel twardy należący do węgla amorficznego charakteryzuje się pojemnością właściwą przechowywania sodu rzędu 300 mAh/g, natomiast materiały węglowe o większym stopniu grafityzacji są trudne do spełnienia w zastosowaniu komercyjnym ze względu na dużą powierzchnię i mocny porządek.

Dlatego w badaniach praktycznych wykorzystywane są głównie niegrafitowe twarde materiały węglowe.

W celu dalszej poprawy właściwości materiałów anodowych do akumulatorów sodowo-jonowych można poprawić hydrofilowość i przewodność materiałów węglowych poprzez domieszkowanie lub mieszanie jonów, co może poprawić zdolność materiałów węglowych do magazynowania energii.

Jako materiał elektrody ujemnej akumulatora jonowo-sodowego, związki metali to głównie dwuwymiarowe węgliki i azotki metali.Oprócz doskonałych właściwości materiałów dwuwymiarowych, mogą one nie tylko magazynować jony sodu poprzez adsorpcję i interkalację, ale także łączyć się z sodem. Połączenie jonów generuje pojemność w wyniku reakcji chemicznych w celu magazynowania energii, znacznie poprawiając w ten sposób efekt magazynowania energii.

Ze względu na wysoki koszt i trudność w uzyskaniu związków metali, głównymi materiałami anodowymi do akumulatorów sodowo-jonowych są nadal materiały węglowe.

Rozwój warstwowych związków metali przejściowych nastąpił po odkryciu grafenu.Obecnie dwuwymiarowe materiały stosowane w akumulatorach sodowo-jonowych obejmują głównie warstwowe NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 itp.

Polianionowe materiały elektrod dodatnich po raz pierwszy zastosowano w elektrodach dodatnich akumulatorów litowo-jonowych, a później zaczęto je stosować w akumulatorach sodowo-jonowych.Do ważnych reprezentatywnych materiałów należą kryształy oliwinu, takie jak NaMnPO4 i NaFePO4.

Fosforan metalu przejściowego był pierwotnie używany jako materiał elektrody dodatniej w akumulatorach litowo-jonowych.Proces syntezy jest stosunkowo dojrzały i istnieje wiele struktur krystalicznych.

Fosforan jako struktura trójwymiarowa buduje strukturę szkieletową sprzyjającą deinterkalacji i interkalacji jonów sodu, a następnie uzyskuje akumulatory sodowo-jonowe o doskonałych parametrach magazynowania energii.

Materiał o strukturze rdzenia i powłoki to nowy rodzaj materiału anodowego do akumulatorów sodowo-jonowych, który pojawił się dopiero w ostatnich latach.Oparty na oryginalnych materiałach, materiał ten uzyskał pustą strukturę dzięki wyjątkowej konstrukcji.

Do bardziej powszechnych materiałów o strukturze rdzeń-powłoka należą puste nanorurki selenku kobaltu, nanosfery wanadanu sodu typu rdzeń-powłoka z domieszką Fe-N, porowate wydrążone nanosfery tlenku cyny i inne puste struktury.

Ze względu na jego doskonałe właściwości, w połączeniu z magiczną pustą i porowatą strukturą, elektrolit jest narażony na większą aktywność elektrochemiczną, a jednocześnie znacznie promuje ruchliwość jonów elektrolitu, aby osiągnąć efektywne magazynowanie energii.

Globalny poziom energii odnawialnej stale rośnie, promując rozwój technologii magazynowania energii.

Obecnie, według różnych metod magazynowania energii, można ją podzielić na fizyczne magazynowanie energii i elektrochemiczne magazynowanie energii.

Elektrochemiczne magazynowanie energii spełnia standardy rozwoju współczesnej nowej technologii magazynowania energii ze względu na zalety takie jak wysokie bezpieczeństwo, niski koszt, elastyczność użytkowania i wysoka wydajność.

Zgodnie z różnymi procesami reakcji elektrochemicznych, źródła energii do magazynowania energii elektrochemicznej obejmują głównie superkondensatory, akumulatory kwasowo-ołowiowe, akumulatory paliwowe, akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe, akumulatory sodowo-siarkowe i akumulatory litowo-jonowe.

W technologii magazynowania energii elastyczne materiały elektrodowe wzbudziły zainteresowanie wielu naukowców ze względu na ich różnorodność konstrukcyjną, elastyczność, niski koszt i właściwości chroniące środowisko.

Materiały węglowe mają szczególną stabilność termochemiczną, dobrą przewodność elektryczną, wysoką wytrzymałość i niezwykłe właściwości mechaniczne, co czyni je obiecującymi elektrodami do akumulatorów litowo-jonowych i akumulatorów sodowo-jonowych.

Superkondensatory można szybko ładować i rozładowywać w warunkach wysokiego prądu, a ich żywotność wynosi ponad 100 000 razy.Stanowią nowy typ specjalnego zasilacza magazynującego energię elektrochemiczną pomiędzy kondensatorami a akumulatorami.

Superkondensatory charakteryzują się dużą gęstością mocy i wysokim współczynnikiem konwersji energii, ale ich gęstość energii jest niska, są podatne na samorozładowanie i są podatne na wyciek elektrolitu w przypadku niewłaściwego użytkowania.

Chociaż ogniwo paliwowe charakteryzuje się brakiem ładowania, dużą pojemnością, dużą wydajnością właściwą i szerokim zakresem mocy właściwej, jego wysoka temperatura pracy, wysoka cena i niska wydajność konwersji energii sprawiają, że jest ono dostępne jedynie w procesie komercjalizacji.używane w niektórych kategoriach.

Akumulatory ołowiowo-kwasowe mają zalety niskiego kosztu, dojrzałej technologii i wysokiego bezpieczeństwa i są szeroko stosowane w stacjach bazowych sygnału, rowerach elektrycznych, samochodach i magazynach energii w sieci.Krótkie deski zanieczyszczające środowisko nie są w stanie sprostać coraz wyższym wymaganiom i standardom stawianym akumulatorom energii.

Akumulatory Ni-MH charakteryzują się dużą wszechstronnością, niską wartością opałową, dużą pojemnością monomeru i stabilną charakterystyką rozładowania, ale ich waga jest stosunkowo duża i istnieje wiele problemów w zarządzaniu seriami akumulatorów, co może łatwo doprowadzić do stopienia pojedynczego separatory baterii.