Energija, kao materijalna osnova za napredak ljudske civilizacije, oduvijek je igrala važnu ulogu. Ona je nezamjenjiva garancija za razvoj ljudskog društva. Zajedno s vodom, zrakom i hranom, ona predstavlja neophodne uslove za ljudski opstanak i direktno utiče na ljudski život.

Razvoj energetske industrije prošao je kroz dvije velike transformacije, od "ere" ogrjevnog drveta do "ere" uglja, a zatim od "ere" uglja do "ere" nafte. Sada je počela promjena od "ere" nafte do "ere" obnovljivih izvora energije.

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

Tri tradicionalna fosilna energetska nosioca, predstavljena ugljem, naftom i prirodnim plinom, brzo će se iscrpiti u novom stoljeću, a procesom korištenja i sagorijevanja uzrokovat će se i efekat staklene bašte, stvarati velika količina zagađivača i zagađivati ​​okoliš.

Stoga je neophodno smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima, promijeniti postojeću neracionalnu strukturu korištenja energije i tražiti čiste i nezagađujuće 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 trenutne istraživačke žarišta širom svijeta.

Međutim, još uvijek je relativno teško postići efikasnu konverziju i skladištenje različitih obnovljivih izvora energije, što otežava njihovo efikasno korištenje.

U ovom slučaju, kako bi se ostvarilo efikasno korištenje novih obnovljivih izvora energije od strane ljudi, potrebno je razviti praktičnu i efikasnu novu tehnologiju skladištenja energije, što je također vruća tačka u trenutnim društvenim istraživanjima.

Trenutno se litijum-jonske baterije, kao jedne od najefikasnijih sekundarnih baterija, široko koriste u raznim elektronskim uređajima, transportu, vazduhoplovstvu i drugim oblastima, ali su izgledi za razvoj sve teži.

Fizička i hemijska svojstva natrijuma i litijuma su slična, a imaju i efekat skladištenja energije. Zbog bogatog sadržaja, ravnomjerne distribucije izvora natrijuma i niske cijene, koristi se u tehnologiji skladištenja energije velikih razmjera, koja ima karakteristike niske cijene i visoke efikasnosti.

Materijali pozitivnih i negativnih elektroda natrijum-jonskih baterija uključuju slojevite spojeve prelaznih metala, polianione, fosfate prelaznih metala, nanočestice jezgra-ljuska, spojeve metala, tvrdi ugljik itd.

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

Prema stepenu 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 koristiti u komercijalne svrhe zbog njihove 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 natrijum-ionske baterije, hidrofilnost i provodljivost ugljičnih materijala mogu se poboljšati pomoću ionskog dopiranja ili miješanja, što može poboljšati performanse skladištenja energije ugljičnih materijala.

Kao materijal negativne elektrode natrijum jonske baterije, metalni spojevi su uglavnom dvodimenzionalni metalni karbidi i nitridi. Pored odličnih karakteristika dvodimenzionalnih materijala, oni ne samo da mogu skladištiti natrijum jone adsorpcijom i interkalacijom, već se i kombinuju sa natrijumom. Kombinacija jona generiše kapacitivnost putem hemijskih reakcija za skladištenje energije, čime se značajno poboljšava efekat skladištenja energije.

Zbog visoke cijene i teškoće u dobijanju metalnih spojeva, ugljični materijali su i dalje glavni anodni materijali za natrij-ionske baterije.

Pojava slojevitih spojeva prelaznih 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 su prvo korišteni u pozitivnim elektrodama litijum-jonskih baterija, a kasnije su korišteni u natrijum-jonskim baterijama. Važni reprezentativni materijali uključuju kristale olivina kao što su NaMnPO4 i NaFePO4.

Fosfat prelaznog metala prvobitno je korišten kao materijal za pozitivne elektrode u litijum-jonskim baterijama. Proces sinteze je relativno zreo i postoji mnogo kristalnih struktura.

Fosfat, kao trodimenzionalna struktura, gradi okvirnu strukturu koja pogoduje deinterkalaciji i interkalaciji natrijumovih iona, te se na taj način dobijaju natrijum-ionske baterije sa odličnim performansama skladištenja energije.

Materijal sa strukturom jezgra-ljuska je nova vrsta anodnog materijala za natrijum-ionske baterije koji se pojavio tek posljednjih godina. Baziran na originalnim materijalima, ovaj materijal je postigao šuplju strukturu kroz izuzetan strukturni dizajn.

Uobičajeniji materijali sa strukturom jezgro-ljuska uključuju šuplje nanokocke kobalt selenida, Fe-N ko-dopirane nanosfere jezgro-ljuska natrijum vanadata, porozne šuplje nanosfere od ugljeničnog oksida i kalaja i druge šuplje strukture.

Zbog svojih odličnih karakteristika, u kombinaciji s magičnom šupljom i poroznom strukturom, elektrolit je izložen većoj elektrohemijskoj aktivnosti, a istovremeno uveliko potiče pokretljivost iona elektrolita kako bi se postiglo efikasno skladištenje energije.

Globalni obnovljivi izvori energije nastavljaju rasti, što potiče razvoj tehnologije skladištenja energije.

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

Elektrohemijsko skladištenje energije ispunjava standarde razvoja današnje nove tehnologije skladištenja energije zbog svojih prednosti visoke sigurnosti, niske cijene, fleksibilne upotrebe i visoke efikasnosti.

Prema različitim elektrohemijskim reakcijskim procesima, elektrohemijski izvori energije za skladištenje uglavnom uključuju superkondenzatore, olovno-kiselinske baterije, gorivne baterije, nikl-metal hidridne baterije, natrijum-sumporne baterije i litijum-jonske baterije.

U tehnologiji skladištenja energije, fleksibilni elektrodni materijali privukli su istraživački interes mnogih naučnika zbog svoje raznolikosti dizajna, fleksibilnosti, niske cijene i karakteristika zaštite okoliša.

Ugljični materijali imaju posebnu termohemijsku stabilnost, dobru električnu provodljivost, visoku čvrstoću i neobična mehanička svojstva, što ih čini obećavajućim elektrodama za litijum-jonske baterije i natrijum-jonske baterije.

Superkondenzatori se mogu brzo puniti i prazniti pod uslovima visoke struje i imaju vijek trajanja od preko 100.000 puta. Oni su novi tip specijalnog elektrohemijskog izvora energije za skladištenje energije između kondenzatora i baterija.

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

Iako gorivne ćelije imaju karakteristike nepunjenja, velikog kapaciteta, visokog specifičnog kapaciteta i širokog raspona specifične snage, njihova visoka radna temperatura, visoka cijena i niska efikasnost pretvorbe energije čine ih dostupnim u procesu komercijalne upotrebe samo u određenim kategorijama.

Olovne baterije imaju prednosti niske cijene, zrele tehnologije i visoke sigurnosti, te se široko koriste u signalnim baznim stanicama, električnim biciklima, automobilima i skladištenju energije u mreži. Kratke ploče, poput zagađenja okoliša, ne mogu ispuniti sve više zahtjeve i standarde za baterije za skladištenje 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.