Energia kui inimtsivilisatsiooni arengu materiaalne alus on alati mänginud olulist rolli.See on inimühiskonna arengu vältimatu tagatis.Koos vee, õhu ja toiduga moodustab see inimese ellujäämiseks vajalikud tingimused ja mõjutab otseselt inimelu..

Energiatööstuse areng on läbi teinud kaks suurt muutust küttepuude "ajastust" söe "ajastuks" ja seejärel söe "ajastust" nafta "ajastuks".Nüüd on see hakanud muutuma nafta "ajastust" taastuvenergia muutumise "ajastuks".

Alates kivisöest kui peamisest allikast 19. sajandi alguses kuni naftani kui peamise allikana 20. sajandi keskpaigas on inimesed fossiilenergiat massiliselt kasutanud enam kui 200 aastat.Ülemaailmne energiastruktuur, kus domineerib fossiilne energia, ei muuda seda aga enam kaugel fossiilenergia ammendumisest.

Kolm traditsioonilist fossiilenergia majanduskandjat, mida esindavad kivisüsi, nafta ja maagaas, ammenduvad uuel sajandil kiiresti ning kasutamise ja põlemise käigus põhjustab see ka kasvuhooneefekti, tekitab suures koguses saasteaineid ja saastab. keskkond.

Seetõttu on hädavajalik vähendada sõltuvust fossiilenergiast, muuta olemasolevat ebaratsionaalset energiakasutuse struktuuri ning otsida puhast ja saastevaba uut taastuvenergiat.

Praegu hõlmab taastuvenergia peamiselt tuuleenergiat, vesinikuenergiat, päikeseenergiat, biomassienergiat, loodete energiat ja geotermilist energiat jne ning tuuleenergia ja päikeseenergia on praegused uurimispunktid kogu maailmas.

Erinevate taastuvate energiaallikate tõhusat muundamist ja salvestamist on siiski suhteliselt raske saavutada, mistõttu on nende tõhus kasutamine raskendatud.

Sel juhul on uue taastuvenergia efektiivseks kasutuselevõtuks inimeste poolt vaja välja töötada mugav ja tõhus uus energiasalvestustehnoloogia, mis on ka praeguste sotsiaaluuringute kuum koht.

Praegu on liitium-ioonakusid kui üht tõhusaimat sekundaarakut laialdaselt kasutatud erinevates elektroonikaseadmetes, transpordis, lennunduses ja muudes valdkondades., on arenguväljavaated raskemad.

Naatriumi ja liitiumi füüsikalised ja keemilised omadused on sarnased ning sellel on energiasalvestav toime.Selle rikkaliku sisalduse, naatriumiallika ühtlase jaotuse ja madala hinna tõttu kasutatakse seda suuremahulises energiasalvestustehnoloogias, millel on madalad kulud ja kõrge efektiivsus.

Naatriumioonakude positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalide hulka kuuluvad kihilised siirdemetalliühendid, polüanioonid, siirdemetallide fosfaadid, tuuma-kesta nanoosakesed, metalliühendid, kõva süsinik jne.

Looduses ülirohkete varudega elemendina on süsinik odav ja lihtsalt kättesaadav ning palju tuntust pälvinud naatriumioonakude anoodimaterjalina.

Grafitiseerumisastme järgi võib süsinikmaterjalid jagada kahte kategooriasse: grafiitne süsinik ja amorfne süsinik.

Amorfse süsiniku hulka kuuluva kõva süsiniku erimahutavus on 300 mAh/g, samas kui suurema grafitisatsiooniastmega süsinikmaterjale on nende suure pindala ja tugeva järjestuse tõttu raske kasutada.

Seetõttu kasutatakse praktilistes uuringutes peamiselt mittegrafiidist kõva süsiniku materjale.

Naatriumioonpatareide anoodmaterjalide jõudluse edasiseks parandamiseks saab süsinikmaterjalide hüdrofiilsust ja juhtivust parandada ioonide legeerimise või liitmise abil, mis võib parandada süsinikmaterjalide energiasalvestusvõimet.

Naatriumioonaku negatiivse elektroodi materjalina on metalliühendid peamiselt kahemõõtmelised metallikarbiidid ja nitriidid.Lisaks kahemõõtmeliste materjalide suurepärastele omadustele ei suuda need mitte ainult säilitada naatriumioone adsorptsiooni ja interkalatsiooni teel, vaid ka kombineerida naatriumiga. Ioonide kombinatsioon tekitab keemiliste reaktsioonide kaudu mahtuvust energia salvestamiseks, parandades seeläbi oluliselt energia salvestamise efekti.

Kõrge hinna ja metalliühendite saamise raskuste tõttu on süsinikmaterjalid endiselt naatriumioonakude peamised anoodimaterjalid.

Kihiliste siirdemetalliühendite tõus on pärast grafeeni avastamist.Praegu on naatriumioonakudes kasutatavate kahemõõtmeliste materjalide hulgas peamiselt naatriumipõhised kihilised NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 jne.

Polüanioonsete positiivsete elektroodide materjale kasutati esmalt liitium-ioonaku positiivsetes elektroodides ja hiljem naatriumioonakudes.Oluliste tüüpiliste materjalide hulka kuuluvad oliviini kristallid nagu NaMnPO4 ja NaFePO4.

Siirdemetallfosfaati kasutati algselt liitiumioonakude positiivse elektroodi materjalina.Sünteesiprotsess on suhteliselt küps ja kristallstruktuure on palju.

Fosfaat kui kolmemõõtmeline struktuur loob raamstruktuuri, mis soodustab naatriumioonide deinterkalatsiooni ja interkalatsiooni, ning seejärel saadakse suurepärase energiasalvestusvõimega naatriumioonakud.

Südamiku ja kesta struktuuri materjal on naatriumioonakude uut tüüpi anoodimaterjal, mis on ilmunud alles viimastel aastatel.Algsete materjalide põhjal on see materjal saavutanud õõnsa struktuuri tänu peenele konstruktsioonikujundusele.

Levinumate südamiku ja kesta struktuuri materjalide hulka kuuluvad õõnsad koobaltseleniidi nanokuubikud, Fe-N koos legeeritud südamiku ja kestaga naatriumvanadaadi nanosfäärid, poorsed süsiniku õõnsad tinaoksiidi nanosfäärid ja muud õõnsad struktuurid.

Tänu oma suurepärastele omadustele koos maagilise õõnsa ja poorse struktuuriga puutub elektrolüüt kokku rohkem elektrokeemilist aktiivsust ja samal ajal soodustab see oluliselt ka elektrolüüdi ioonide liikuvust, et saavutada tõhus energia salvestamine.

Ülemaailmne taastuvenergia kasvab jätkuvalt, edendades energia salvestamise tehnoloogia arengut.

Praegu saab selle erinevate energiasalvestusmeetodite järgi jagada füüsiliseks energiasalvestuseks ja elektrokeemiliseks energiasalvestuseks.

Elektrokeemiline energiasalvesti vastab tänapäeva uue energiasalvestustehnoloogia arendusstandarditele tänu kõrgele ohutusele, madalatele kuludele, paindlikule kasutamisele ja kõrgele efektiivsusele.

Erinevate elektrokeemiliste reaktsiooniprotsesside kohaselt hõlmavad elektrokeemilised energiasalvestuse toiteallikad peamiselt superkondensaatoreid, pliiakusid, kütusepatareid, nikkel-metallhüdriidpatareisid, naatriumväävelakusid ja liitiumioonakusid.

Energia salvestamise tehnoloogias on paindlikud elektroodmaterjalid äratanud paljude teadlaste uurimishuvi tänu oma disaini mitmekesisusele, paindlikkusele, madalatele kuludele ja keskkonnakaitseomadustele.

Süsinikmaterjalidel on eriline termokeemiline stabiilsus, hea elektrijuhtivus, kõrge tugevus ja ebatavalised mehaanilised omadused, mistõttu on need paljulubavad elektroodid liitiumioonakude ja naatriumioonakude jaoks.

Superkondensaatoreid saab kiiresti laadida ja tühjendada suure voolu tingimustes ning nende tsükli eluiga on üle 100 000 korra.Need on uut tüüpi spetsiaalsed elektrokeemilised energiasalvestusseadmed kondensaatorite ja akude vahel.

Superkondensaatoritel on kõrge võimsustihedus ja kõrge energia muundamiskiirus, kuid nende energiatihedus on madal, nad on altid isetühjenemisele ja ebaõige kasutamise korral võivad elektrolüüdid lekkida.

Kuigi kütuseelemendil on laadimise puudumine, suur võimsus, suur erivõimsus ja lai erivõimsusvahemik, muudavad selle kõrge töötemperatuur, kõrge omahind ja madal energia muundamise tõhusus selle kättesaadavaks ainult turustamisprotsessis.kasutatakse teatud kategooriates.

Pliiakude eelisteks on madal hind, arenenud tehnoloogia ja kõrge ohutus ning neid on laialdaselt kasutatud signaalide tugijaamades, elektrijalgratastes, autodes ja võrgu energiasalvestites.Lühikesed lauad, näiteks keskkonda saastavad, ei suuda täita energiasalvestusakude järjest kõrgemaid nõudeid ja standardeid.

Ni-MH akudel on tugev mitmekülgsus, madal kütteväärtus, suur monomeeri mahutavus ja stabiilsed tühjenemisomadused, kuid nende kaal on suhteliselt suur ja akude seeriate haldamisel on palju probleeme, mis võivad kergesti viia üksikute akude sulamiseni. patarei eraldajad.