Energi, som det materielle grundlag for den menneskelige civilisations fremskridt, har altid spillet en vigtig rolle. Det er en uundværlig garanti for udviklingen af ​​det menneskelige samfund. Sammen med vand, luft og mad udgør den de nødvendige betingelser for menneskelig overlevelse og påvirker direkte menneskelivet.

Udviklingen af ​​energiindustrien har gennemgået to store forandringer fra brændetidens "æra" til kultidens "æra", og derefter fra kultidens "æra" til olietidens "æra". Nu er den begyndt at skifte fra olietidens "æra" til vedvarende energis "æra".

Fra kul som den primære energikilde i begyndelsen af ​​det 19. århundrede til olie som den primære energikilde i midten af ​​det 20. århundrede har mennesker brugt fossil energi i stor skala i mere end 200 år. Den globale energistruktur, der er domineret af fossil energi, gør det dog ikke længere langt fra udtømningen af ​​fossil energi.

De tre traditionelle fossile energibærere, repræsenteret af kul, olie og naturgas, vil blive udtømt hurtigt i det nye århundrede, og i forbindelse med anvendelse og forbrænding vil de også forårsage drivhuseffekten, generere en stor mængde forurenende stoffer og forurene miljøet.

Derfor er det bydende nødvendigt at reducere afhængigheden af ​​fossil energi, ændre den eksisterende irrationelle energiforbrugsstruktur og søge ren og forureningsfri ny vedvarende energi.

I øjeblikket omfatter vedvarende energi primært vindenergi, brintenergi, solenergi, biomasseenergi, tidevandsenergi og geotermisk energi osv., og vindenergi og solenergi er aktuelle forskningsområder verden over.

Det er dog stadig relativt vanskeligt at opnå effektiv konvertering og lagring af forskellige vedvarende energikilder, hvilket gør det vanskeligt at udnytte dem effektivt.

I dette tilfælde er det for at realisere en effektiv udnyttelse af ny vedvarende energi af mennesker nødvendigt at udvikle en bekvem og effektiv ny energilagringsteknologi, hvilket også er et hotspot i den nuværende samfundsforskning.

I øjeblikket er lithium-ion-batterier, som et af de mest effektive sekundære batterier, blevet meget anvendt i forskellige elektroniske enheder, transport, luftfart og andre områder, men udviklingsudsigterne er mere vanskelige.

De fysiske og kemiske egenskaber ved natrium og lithium er ens, og det har en energilagringseffekt. På grund af dets rige indhold, ensartede fordeling af natriumkilden og lave pris anvendes det i storskala energilagringsteknologi, som har karakteristika som lave omkostninger og høj effektivitet.

De positive og negative elektrodematerialer i natrium-ionbatterier omfatter lagdelte overgangsmetalforbindelser, polyanioner, overgangsmetalfosfater, kerne-skal-nanopartikler, metalforbindelser, hårdt kulstof osv.

Som et grundstof med ekstremt rigelige reserver i naturen er kulstof billigt og let at få fat i, og det har opnået stor anerkendelse som anodemateriale til natrium-ion-batterier.

I henhold til grafitiseringsgraden kan kulstofmaterialer opdeles i to kategorier: grafitisk kulstof og amorft kulstof.

Hårdt kulstof, der tilhører amorft kulstof, udviser en specifik natriumlagringskapacitet på 300 mAh/g, mens kulstofmaterialer med en højere grad af grafitisering er vanskelige at anvende kommercielt på grund af deres store overfladeareal og stærke orden.

Derfor anvendes ikke-grafitholdige hårde kulstofmaterialer primært i praktisk forskning.

For yderligere at forbedre ydeevnen af ​​anodematerialer til natrium-ion-batterier kan hydrofiliciteten og ledningsevnen af ​​kulstofmaterialer forbedres ved hjælp af iondoping eller -blanding, hvilket kan forbedre kulstofmaterialers energilagringsevne.

Som det negative elektrodemateriale i natrium-ionbatterier er metalforbindelser hovedsageligt todimensionelle metalcarbider og nitrider. Ud over de fremragende egenskaber ved todimensionelle materialer kan de ikke kun lagre natriumioner ved adsorption og interkalering, men også kombineres med natriumioner. Kombinationen af ​​ioner genererer kapacitans gennem kemiske reaktioner til energilagring, hvorved energilagringseffekten forbedres betydeligt.

På grund af de høje omkostninger og vanskeligheder med at fremskaffe metalforbindelser er kulstofmaterialer stadig de vigtigste anodematerialer til natrium-ion-batterier.

Fremkomsten af ​​lagdelte overgangsmetalforbindelser sker efter opdagelsen af ​​grafen. I øjeblikket omfatter de todimensionelle materialer, der anvendes i natrium-ion-batterier, primært natriumbaserede lagdelte NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 osv.

Polyanioniske positive elektrodematerialer blev først brugt i positive elektroder til lithium-ion-batterier og blev senere brugt i natrium-ion-batterier. Vigtige repræsentative materialer omfatter olivinkrystaller såsom NaMnPO4 og NaFePO4.

Overgangsmetalfosfat blev oprindeligt brugt som et positivt elektrodemateriale i lithium-ion-batterier. Synteseprocessen er relativt moden, og der findes mange krystalstrukturer.

Fosfat, som en tredimensionel struktur, opbygger en rammestruktur, der er befordrende for deinterkalering og interkalering af natriumioner, og opnår derefter natriumionbatterier med fremragende energilagringsevne.

Kerne-skal-strukturmaterialet er en ny type anodemateriale til natrium-ion-batterier, der først er dukket op i de senere år. Baseret på de originale materialer har dette materiale opnået en hul struktur gennem udsøgt strukturelt design.

De mere almindelige kerne-skal-strukturmaterialer omfatter hule koboltselenid-nanokuber, Fe-N-co-dopede kerne-skal-natriumvanadat-nanosfærer, porøse kulstofhule tinoxid-nanosfærer og andre hule strukturer.

På grund af dens fremragende egenskaber, kombineret med den magiske hule og porøse struktur, udsættes elektrolytten for mere elektrokemisk aktivitet, og samtidig fremmer den også i høj grad elektrolyttens ionmobilitet for at opnå effektiv energilagring.

Den globale vedvarende energi fortsætter med at stige, hvilket fremmer udviklingen af ​​energilagringsteknologi.

I øjeblikket kan den, ifølge forskellige energilagringsmetoder, opdeles i fysisk energilagring og elektrokemisk energilagring.

Elektrokemisk energilagring opfylder udviklingsstandarderne for nutidens nye energilagringsteknologi på grund af dens fordele ved høj sikkerhed, lave omkostninger, fleksibel anvendelse og høj effektivitet.

Ifølge forskellige elektrokemiske reaktionsprocesser omfatter elektrokemiske energilagringskilder primært superkondensatorer, blybatterier, brændstofbatterier, nikkelmetalhydridbatterier, natriumsvovlbatterier og lithium-ion-batterier.

Inden for energilagringsteknologi har fleksible elektrodematerialer tiltrukket sig mange forskeres forskningsinteresser på grund af deres designmangfoldighed, fleksibilitet, lave omkostninger og miljøbeskyttelsesegenskaber.

Kulstofmaterialer har en særlig termokemisk stabilitet, god elektrisk ledningsevne, høj styrke og usædvanlige mekaniske egenskaber, hvilket gør dem til lovende elektroder til lithium-ion-batterier og natrium-ion-batterier.

Superkondensatorer kan hurtigt oplades og aflades under høje strømforhold og har en levetid på mere end 100.000 gange. De er en ny type speciel elektrokemisk energilagringsstrømforsyning mellem kondensatorer og batterier.

Superkondensatorer har karakteristika som høj effekttæthed og høj energiomdannelseshastighed, men deres energitæthed er lav, de er tilbøjelige til selvafladning, og de er tilbøjelige til elektrolytlækage, når de bruges forkert.

Selvom brændstofcelle har egenskaber som ingen opladning, stor kapacitet, høj specifik kapacitet og bredt specifikt effektområde, gør dens høje driftstemperatur, høje kostpris og lave energiomdannelseseffektivitet den kun tilgængelig i kommercialiseringsprocessen og anvendes i visse kategorier.

Blybatterier har fordelene ved lav pris, moden teknologi og høj sikkerhed, og de er blevet meget anvendt i signalbasestationer, elcykler, biler og energilagring i elnettet. Korte pladebatterier, der forurener miljøet, kan ikke opfylde de stadigt højere krav og standarder for energilagringsbatterier.

Ni-MH-batterier har egenskaber som stor alsidighed, lav brændværdi, stor monomerkapacitet og stabile afladningsegenskaber, men deres vægt er relativt stor, og der er mange problemer i batteriseriehåndtering, hvilket let kan føre til smeltning af enkeltbatteriseparatorer.