Tenaga, sebagai asas material untuk kemajuan tamadun manusia, sentiasa memainkan peranan penting. Ia merupakan jaminan yang sangat penting untuk pembangunan masyarakat manusia. Bersama-sama dengan air, udara, dan makanan, ia membentuk syarat-syarat yang diperlukan untuk kelangsungan hidup manusia dan secara langsung mempengaruhi kehidupan manusia.

Perkembangan industri tenaga telah mengalami dua transformasi utama daripada "era" kayu api kepada "era" arang batu, dan kemudian daripada "era" arang batu kepada "era" minyak. Kini ia telah mula berubah daripada "era" minyak kepada "era" perubahan tenaga boleh diperbaharui.

Daripada arang batu sebagai sumber utama pada awal abad ke-19 hingga minyak sebagai sumber utama pada pertengahan abad ke-20, manusia telah menggunakan tenaga fosil secara besar-besaran selama lebih daripada 200 tahun. Walau bagaimanapun, struktur tenaga global yang didominasi oleh tenaga fosil menjadikannya tidak lagi jauh daripada kekurangan tenaga fosil.

Tiga pembawa ekonomi tenaga fosil tradisional yang diwakili oleh arang batu, minyak dan gas asli akan habis dengan cepat pada abad baru, dan dalam proses penggunaan dan pembakaran, ia juga akan menyebabkan kesan rumah hijau, menghasilkan sejumlah besar bahan pencemar, dan mencemarkan alam sekitar.

Oleh itu, adalah penting untuk mengurangkan kebergantungan kepada tenaga fosil, mengubah struktur penggunaan tenaga yang tidak rasional sedia ada, dan mencari tenaga boleh diperbaharui baharu yang bersih dan bebas pencemaran.

Pada masa ini, tenaga boleh diperbaharui terutamanya merangkumi tenaga angin, tenaga hidrogen, tenaga suria, tenaga biojisim, tenaga pasang surut dan tenaga geoterma, dan sebagainya, dan tenaga angin serta tenaga suria merupakan titik panas penyelidikan semasa di seluruh dunia.

Walau bagaimanapun, masih agak sukar untuk mencapai penukaran dan penyimpanan pelbagai sumber tenaga boleh diperbaharui yang cekap, justeru menyukarkan penggunaannya secara berkesan.

Dalam hal ini, untuk merealisasikan penggunaan tenaga boleh diperbaharui baharu yang berkesan oleh manusia, adalah perlu untuk membangunkan teknologi penyimpanan tenaga baharu yang mudah dan cekap, yang juga merupakan tumpuan utama dalam penyelidikan sosial semasa.

Pada masa ini, bateri litium-ion, sebagai salah satu bateri sekunder yang paling cekap, telah digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik, pengangkutan, aeroangkasa dan bidang lain. , prospek pembangunan adalah lebih sukar.

Sifat fizikal dan kimia natrium dan litium adalah serupa, dan ia mempunyai kesan penyimpanan tenaga. Disebabkan kandungannya yang kaya, pengagihan sumber natrium yang seragam, dan harga yang rendah, ia digunakan dalam teknologi penyimpanan tenaga berskala besar, yang mempunyai ciri-ciri kos rendah dan kecekapan yang tinggi.

Bahan elektrod positif dan negatif bateri ion natrium termasuk sebatian logam peralihan berlapis, polianion, fosfat logam peralihan, nanopartikel cangkerang teras, sebatian logam, karbon keras, dan sebagainya.

Sebagai unsur dengan rizab yang sangat banyak di alam semula jadi, karbon murah dan mudah diperoleh, serta telah mendapat banyak pengiktirafan sebagai bahan anod untuk bateri natrium-ion.

Mengikut tahap grafitisasi, bahan karbon boleh dibahagikan kepada dua kategori: karbon grafit dan karbon amorf.

Karbon keras, yang tergolong dalam karbon amorfus, mempamerkan kapasiti penyimpanan khusus natrium sebanyak 300mAh/g, manakala bahan karbon dengan tahap grafitisasi yang lebih tinggi sukar untuk memenuhi kegunaan komersial disebabkan oleh luas permukaannya yang besar dan susunan yang kuat.

Oleh itu, bahan karbon keras bukan grafit digunakan terutamanya dalam penyelidikan praktikal.

Untuk meningkatkan lagi prestasi bahan anod untuk bateri natrium-ion, hidrofilisiti dan kekonduksian bahan karbon boleh diperbaiki melalui pendopan atau pengkompaunan ion, yang boleh meningkatkan prestasi penyimpanan tenaga bahan karbon.

Sebagai bahan elektrod negatif bateri ion natrium, sebatian logam terutamanya karbida dan nitrida logam dua dimensi. Selain ciri-ciri cemerlang bahan dua dimensi, ia bukan sahaja boleh menyimpan ion natrium melalui penjerapan dan interkalasi, tetapi juga bergabung dengan natrium. Gabungan ion menghasilkan kapasitans melalui tindak balas kimia untuk penyimpanan tenaga, sekali gus meningkatkan kesan penyimpanan tenaga dengan ketara.

Disebabkan kos yang tinggi dan kesukaran dalam mendapatkan sebatian logam, bahan karbon masih merupakan bahan anod utama untuk bateri natrium-ion.

Kebangkitan sebatian logam peralihan berlapis adalah selepas penemuan grafena. Pada masa ini, bahan dua dimensi yang digunakan dalam bateri ion natrium terutamanya termasuk NaxMO4 berlapis berasaskan natrium, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, dan sebagainya.

Bahan elektrod positif polianionik mula-mula digunakan dalam elektrod positif bateri litium-ion, dan kemudiannya digunakan dalam bateri natrium-ion. Bahan-bahan penting yang mewakili termasuk kristal olivin seperti NaMnPO4 dan NaFePO4.

Fosfat logam peralihan pada asalnya digunakan sebagai bahan elektrod positif dalam bateri litium-ion. Proses sintesisnya agak matang dan terdapat banyak struktur kristal.

Fosfat, sebagai struktur tiga dimensi, membina struktur rangka kerja yang kondusif untuk penyahinterkalasi dan interkalasi ion natrium, dan kemudian memperoleh bateri natrium-ion dengan prestasi penyimpanan tenaga yang sangat baik.

Bahan struktur teras-cangkerang merupakan jenis bahan anod baharu untuk bateri natrium-ion yang baru muncul dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Berdasarkan bahan asal, bahan ini telah mencapai struktur berongga melalui reka bentuk struktur yang indah.

Bahan struktur cangkerang teras yang lebih biasa termasuk nanokub kobalt selenida berongga, nanosfera natrium vanadat cangkerang teras yang didop bersama Fe-N, nanosfera timah oksida berongga karbon berliang dan struktur berongga yang lain.

Disebabkan ciri-cirinya yang sangat baik, ditambah pula dengan struktur berongga dan berliang yang ajaib, lebih banyak aktiviti elektrokimia terdedah kepada elektrolit, dan pada masa yang sama, ia juga sangat menggalakkan mobiliti ion elektrolit untuk mencapai penyimpanan tenaga yang cekap.

Tenaga boleh diperbaharui global terus meningkat, menggalakkan pembangunan teknologi penyimpanan tenaga.

Pada masa ini, mengikut kaedah penyimpanan tenaga yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada penyimpanan tenaga fizikal dan penyimpanan tenaga elektrokimia.

Penyimpanan tenaga elektrokimia memenuhi piawaian pembangunan teknologi penyimpanan tenaga baharu hari ini kerana kelebihannya iaitu keselamatan yang tinggi, kos rendah, penggunaan yang fleksibel dan kecekapan yang tinggi.

Mengikut proses tindak balas elektrokimia yang berbeza, sumber kuasa penyimpanan tenaga elektrokimia terutamanya termasuk superkapasitor, bateri asid plumbum, bateri kuasa bahan api, bateri hidrida nikel-logam, bateri natrium-sulfur dan bateri litium-ion.

Dalam teknologi penyimpanan tenaga, bahan elektrod fleksibel telah menarik minat penyelidikan ramai saintis kerana kepelbagaian reka bentuk, fleksibiliti, kos rendah dan ciri-ciri perlindungan alam sekitar.

Bahan karbon mempunyai kestabilan termokimia khas, kekonduksian elektrik yang baik, kekuatan tinggi dan sifat mekanikal yang luar biasa, menjadikannya elektrod yang berpotensi untuk bateri litium-ion dan bateri natrium-ion.

Superkapasitor boleh dicas dan dinyahcas dengan cepat di bawah keadaan arus tinggi, dan mempunyai jangka hayat kitaran lebih daripada 100,000 kali ganda. Ia merupakan sejenis bekalan kuasa penyimpanan tenaga elektrokimia khas baharu antara kapasitor dan bateri.

Superkapasitor mempunyai ciri-ciri ketumpatan kuasa yang tinggi dan kadar penukaran tenaga yang tinggi, tetapi ketumpatan tenaganya rendah, terdedah kepada pelepasan sendiri, dan terdedah kepada kebocoran elektrolit apabila digunakan secara tidak betul.

Walaupun sel kuasa bahan api mempunyai ciri-ciri tanpa pengecasan, kapasiti besar, kapasiti spesifik yang tinggi dan julat kuasa spesifik yang luas, suhu operasi yang tinggi, harga kos yang tinggi dan kecekapan penukaran tenaga yang rendah menjadikannya hanya tersedia dalam proses pengkomersialan. digunakan dalam kategori tertentu.

Bateri asid plumbum mempunyai kelebihan kos rendah, teknologi matang dan keselamatan yang tinggi, dan telah digunakan secara meluas di stesen pangkalan isyarat, basikal elektrik, kereta dan storan tenaga grid. Papan pintas seperti mencemarkan alam sekitar tidak dapat memenuhi keperluan dan piawaian yang semakin tinggi untuk bateri storan tenaga.

Bateri Ni-MH mempunyai ciri-ciri fleksibiliti yang kuat, nilai kalori yang rendah, kapasiti monomer yang besar, dan ciri-ciri pelepasan yang stabil, tetapi beratnya agak besar, dan terdapat banyak masalah dalam pengurusan siri bateri, yang boleh menyebabkan pencairan pemisah bateri tunggal.