Energi, som det materielle grunnlaget for den menneskelige sivilisasjonens fremgang, har alltid spilt en viktig rolle. Det er en uunnværlig garanti for utviklingen av det menneskelige samfunn. Sammen med vann, luft og mat utgjør den de nødvendige betingelsene for menneskelig overlevelse og påvirker direkte menneskelivet.

Utviklingen av energibransjen har gjennomgått to store forandringer fra «æraen» med vedfyring til «æraen» med kull, og deretter fra «æraen» med kull til «æraen» med olje. Nå har den begynt å gå fra «æraen» med olje til «æraen» med fornybar energi.

Fra kull som hovedkilde tidlig på 1800-tallet til olje som hovedkilde på midten av 1900-tallet, har mennesker brukt fossil energi i stor skala i mer enn 200 år. Den globale energistrukturen dominert av fossil energi gjør det imidlertid ikke lenger langt unna uttømming av fossil energi.

De tre tradisjonelle fossile energibærerne representert av kull, olje og naturgass vil bli raskt oppbrukt i det nye århundret, og i prosessen med bruk og forbrenning vil det også forårsake drivhuseffekten, generere en stor mengde forurensende stoffer og forurense miljøet.

Derfor er det avgjørende å redusere avhengigheten av fossil energi, endre den eksisterende irrasjonelle energibruksstrukturen og søke ren og forurensningsfri ny fornybar energi.

For tiden omfatter fornybar energi hovedsakelig vindenergi, hydrogenenergi, solenergi, biomasseenergi, tidevannsenergi og geotermisk energi, etc., og vindenergi og solenergi er nåværende forskningsområder over hele verden.

Det er imidlertid fortsatt relativt vanskelig å oppnå effektiv konvertering og lagring av ulike fornybare energikilder, noe som gjør det vanskelig å utnytte dem effektivt.

I dette tilfellet, for å realisere effektiv utnyttelse av ny fornybar energi av mennesker, er det nødvendig å utvikle praktisk og effektiv ny energilagringsteknologi, som også er et hett punkt i dagens samfunnsforskning.

For tiden er litiumionbatterier, som et av de mest effektive sekundærbatteriene, mye brukt i ulike elektroniske enheter, transport, luftfart og andre felt, men utviklingsutsiktene er vanskeligere.

De fysiske og kjemiske egenskapene til natrium og litium er like, og det har en energilagringseffekt. På grunn av det rike innholdet, den jevne fordeling av natriumkilden og den lave prisen, brukes det i storskala energilagringsteknologi, som har egenskapene lav kostnad og høy effektivitet.

De positive og negative elektrodematerialene i natriumionbatterier inkluderer lagdelte overgangsmetallforbindelser, polyanioner, overgangsmetallfosfater, kjerne-skall-nanopartikler, metallforbindelser, hardt karbon, etc.

Som et grunnstoff med ekstremt rikelige reserver i naturen er karbon billig og lett å få tak i, og har fått mye anerkjennelse som anodemateriale for natriumionbatterier.

I henhold til grafittiseringsgraden kan karbonmaterialer deles inn i to kategorier: grafittisk karbon og amorft karbon.

Hardt karbon, som tilhører amorft karbon, har en natriumlagringskapasitet på 300 mAh/g, mens karbonmaterialer med høyere grad av grafittisering er vanskelige å bruke kommersiellt på grunn av deres store overflateareal og sterke orden.

Derfor brukes ikke-grafittharde karbonmaterialer hovedsakelig i praktisk forskning.

For å forbedre ytelsen til anodematerialer for natriumionbatterier ytterligere, kan hydrofilisiteten og konduktiviteten til karbonmaterialer forbedres ved hjelp av ionedoping eller -blanding, noe som kan forbedre energilagringsytelsen til karbonmaterialer.

Som negativt elektrodemateriale i natriumionbatterier er metallforbindelser hovedsakelig todimensjonale metallkarbider og nitrider. I tillegg til de utmerkede egenskapene til todimensjonale materialer, kan de ikke bare lagre natriumioner ved adsorpsjon og interkalering, men også kombineres med natriumioner. Kombinasjonen av ioner genererer kapasitans gjennom kjemiske reaksjoner for energilagring, og forbedrer dermed energilagringseffekten betraktelig.

På grunn av de høye kostnadene og vanskelighetene med å få tak i metallforbindelser, er karbonmaterialer fortsatt de viktigste anodematerialene for natriumionbatterier.

Fremveksten av lagdelte overgangsmetallforbindelser kommer etter oppdagelsen av grafen. For tiden inkluderer de todimensjonale materialene som brukes i natriumionbatterier hovedsakelig natriumbaserte lagdelte NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, etc.

Polyanioniske positive elektrodematerialer ble først brukt i positive elektroder for litiumionbatterier, og ble senere brukt i natriumionbatterier. Viktige representative materialer inkluderer olivinkrystaller som NaMnPO4 og NaFePO4.

Overgangsmetallfosfat ble opprinnelig brukt som et positivt elektrodemateriale i litiumionbatterier. Synteseprosessen er relativt moden, og det finnes mange krystallstrukturer.

Fosfat, som en tredimensjonal struktur, bygger en rammestruktur som bidrar til deinterkalering og interkalering av natriumioner, og oppnår deretter natriumionbatterier med utmerket energilagringsytelse.

Kjerne-skall-strukturmaterialet er en ny type anodemateriale for natriumionbatterier som først har dukket opp de siste årene. Basert på de originale materialene har dette materialet oppnådd en hul struktur gjennom utsøkt strukturell design.

De vanligste kjerne-skall-strukturmaterialene inkluderer hule koboltselenid-nanokuber, Fe-N-kodopede kjerne-skall-natriumvanadat-nanosfærer, porøse karbonhule tinnoksid-nanosfærer og andre hule strukturer.

På grunn av dens utmerkede egenskaper, kombinert med den magiske hule og porøse strukturen, eksponeres mer elektrokjemisk aktivitet for elektrolytten, og samtidig fremmer den også i stor grad ionmobiliteten til elektrolytten for å oppnå effektiv energilagring.

Den globale fornybare energien fortsetter å øke, noe som fremmer utviklingen av energilagringsteknologi.

For tiden kan den deles inn i fysisk energilagring og elektrokjemisk energilagring, avhengig av ulike energilagringsmetoder.

Elektrokjemisk energilagring oppfyller utviklingsstandardene for dagens nye energilagringsteknologi på grunn av fordelene med høy sikkerhet, lave kostnader, fleksibel bruk og høy effektivitet.

I henhold til ulike elektrokjemiske reaksjonsprosesser inkluderer elektrokjemiske energilagringskilder hovedsakelig superkondensatorer, blybatterier, drivstoffbatterier, nikkelmetallhydridbatterier, natriumsvovelbatterier og litiumionbatterier.

Innen energilagringsteknologi har fleksible elektrodematerialer tiltrukket seg mange forskeres forskningsinteresser på grunn av deres designmangfold, fleksibilitet, lave kostnader og miljøvernegenskaper.

Karbonmaterialer har spesiell termokjemisk stabilitet, god elektrisk ledningsevne, høy styrke og uvanlige mekaniske egenskaper, noe som gjør dem til lovende elektroder for litiumionbatterier og natriumionbatterier.

Superkondensatorer kan raskt lades og utlades under høye strømforhold, og har en sykluslevetid på mer enn 100 000 ganger. De er en ny type spesiell elektrokjemisk energilagringsstrømforsyning mellom kondensatorer og batterier.

Superkondensatorer har høy effekttetthet og høy energiomdanningshastighet, men energitettheten deres er lav, de er utsatt for selvutlading og de er utsatt for elektrolyttlekkasje når de brukes feil.

Selv om brenselcelle har egenskapene ingen lading, stor kapasitet, høy spesifikk kapasitet og bredt spesifikt effektområde, gjør den høye driftstemperaturen, høye kostprisen og lave energiomformingseffektiviteten den kun tilgjengelig i kommersialiseringsprosessen og brukes i visse kategorier.

Blybatterier har fordelene med lav kostnad, moden teknologi og høy sikkerhet, og har blitt mye brukt i signalbasestasjoner, elsykler, biler og energilagring i strømnettet. Korte kretskort som forurenser miljøet kan ikke oppfylle de stadig høyere kravene og standardene for energilagringsbatterier.

Ni-MH-batterier har egenskaper som sterk allsidighet, lav brennverdi, stor monomerkapasitet og stabile utladningsegenskaper, men vekten er relativt stor, og det er mange problemer i batteriseriehåndtering, noe som lett kan føre til smelting av enkeltbatteriseparatorer.