Energi, som den materiella grunden för den mänskliga civilisationens framsteg, har alltid spelat en viktig roll. Det är en oumbärlig garanti för det mänskliga samhällets utveckling. Tillsammans med vatten, luft och mat utgör den de nödvändiga förutsättningarna för mänsklig överlevnad och påverkar direkt mänskligt liv.

Utvecklingen av energiindustrin har genomgått två stora omvandlingar från vedens "era" till kolens "era", och sedan från kolens "era" till oljans "era". Nu har den börjat gå från oljans "era" till förnybar energis "era".

Från kol som huvudkälla i början av 1800-talet till olja som huvudkälla i mitten av 1900-talet har människan använt fossil energi i stor skala i mer än 200 år. Men den globala energistrukturen som domineras av fossil energi gör att det inte längre är långt ifrån utarmning av fossil energi.

De tre traditionella fossila energibärarna som representeras av kol, olja och naturgas kommer att uttömmas snabbt under det nya århundradet, och i processen för användning och förbränning kommer de också att orsaka växthuseffekten, generera en stor mängd föroreningar och förorena miljön.

Därför är det absolut nödvändigt att minska beroendet av fossil energi, förändra den befintliga irrationella energianvändningsstrukturen och söka efter ren och föroreningsfri ny förnybar energi.

För närvarande omfattar förnybar energi huvudsakligen vindenergi, vätgasenergi, solenergi, biomassaenergi, tidvattenenergi och geotermisk energi etc., och vindenergi och solenergi är aktuella forskningsområden världen över.

Det är dock fortfarande relativt svårt att uppnå effektiv omvandling och lagring av olika förnybara energikällor, vilket gör det svårt att effektivt utnyttja dem.

I detta fall, för att förverkliga ett effektivt utnyttjande av ny förnybar energi av människor, är det nödvändigt att utveckla bekväm och effektiv ny energilagringsteknik, vilket också är ett hett ämne inom aktuell samhällsforskning.

För närvarande har litiumjonbatterier, som ett av de mest effektiva sekundärbatterierna, använts i stor utsträckning inom olika elektroniska apparater, transport, flyg- och rymdindustrin och andra områden, men utvecklingsutsikterna är svårare.

Natrium och litium har liknande fysikaliska och kemiska egenskaper och har en energilagringseffekt. På grund av dess rika innehåll, jämna natriumfördelning och låga pris används det i storskalig energilagringsteknik, vilket har egenskaperna låg kostnad och hög effektivitet.

De positiva och negativa elektrodmaterialen i natriumjonbatterier inkluderar skiktade övergångsmetallföreningar, polyanjoner, övergångsmetallfosfater, kärna-skal-nanopartiklar, metallföreningar, hårt kol, etc.

Som ett grundämne med extremt rikliga reserver i naturen är kol billigt och lätt att få tag på, och har fått mycket erkännande som anodmaterial för natriumjonbatterier.

Beroende på grafitiseringsgraden kan kolmaterial delas in i två kategorier: grafitiskt kol och amorft kol.

Hårt kol, som tillhör amorft kol, uppvisar en specifik natriumlagringskapacitet på 300 mAh/g, medan kolmaterial med en högre grad av grafitisering är svåra att använda kommersiellt på grund av sin stora ytarea och starka ordning.

Därför används hårda kolmaterial utan grafit huvudsakligen i praktisk forskning.

För att ytterligare förbättra prestandan hos anodmaterial för natriumjonbatterier kan hydrofiliciteten och konduktiviteten hos kolmaterial förbättras med hjälp av jondopning eller compounding, vilket kan förbättra energilagringsprestanda hos kolmaterial.

Som negativt elektrodmaterial i natriumjonbatterier är metallföreningar huvudsakligen tvådimensionella metallkarbider och nitrider. Förutom de utmärkta egenskaperna hos tvådimensionella material kan de inte bara lagra natriumjoner genom adsorption och interkalering, utan även kombineras med natriumjoner. Kombinationen av joner genererar kapacitans genom kemiska reaktioner för energilagring, vilket avsevärt förbättrar energilagringseffekten.

På grund av den höga kostnaden och svårigheten att framställa metallföreningar är kolmaterial fortfarande de viktigaste anodmaterialen för natriumjonbatterier.

Uppkomsten av skiktade övergångsmetallföreningar sker efter upptäckten av grafen. För närvarande inkluderar de tvådimensionella materialen som används i natriumjonbatterier huvudsakligen natriumbaserade skiktade NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, etc.

Polyanjoniska positiva elektrodmaterial användes först i positiva elektroder för litiumjonbatterier och senare i natriumjonbatterier. Viktiga representativa material inkluderar olivinkristaller såsom NaMnPO4 och NaFePO4.

Övergångsmetallfosfat användes ursprungligen som positivt elektrodmaterial i litiumjonbatterier. Syntesprocessen är relativt mogen och det finns många kristallstrukturer.

Fosfat, som en tredimensionell struktur, bygger en ramstruktur som bidrar till deinterkalering och interkalering av natriumjoner, och erhåller sedan natriumjonbatterier med utmärkt energilagringsprestanda.

Kärn-skal-strukturmaterialet är en ny typ av anodmaterial för natriumjonbatterier som först har framkommit under senare år. Baserat på de ursprungliga materialen har detta material uppnått en ihålig struktur genom utsökt strukturell design.

De vanligaste materialen för kärna-skal-strukturer inkluderar ihåliga koboltselenid-nanokuber, Fe-N-samdopade kärna-skal-natriumvanadat-nanosfärer, porösa kol-ihåliga tennoxid-nanosfärer och andra ihåliga strukturer.

Tack vare dess utmärkta egenskaper, i kombination med den magiska ihåliga och porösa strukturen, exponeras mer elektrokemisk aktivitet för elektrolyten, och samtidigt främjar den också kraftigt elektrolytens jonmobilitet för att uppnå effektiv energilagring.

Den globala förnybara energin fortsätter att öka, vilket främjar utvecklingen av energilagringsteknik.

För närvarande kan den, enligt olika energilagringsmetoder, delas in i fysisk energilagring och elektrokemisk energilagring.

Elektrokemisk energilagring uppfyller utvecklingsstandarderna för dagens nya energilagringsteknik tack vare dess fördelar med hög säkerhet, låg kostnad, flexibel användning och hög effektivitet.

Enligt olika elektrokemiska reaktionsprocesser inkluderar elektrokemiska energilagringskällor huvudsakligen superkondensatorer, blybatterier, bränslebatterier, nickelmetallhydridbatterier, natriumsvavelbatterier och litiumjonbatterier.

Inom energilagringsteknik har flexibla elektrodmaterial väckt många forskares forskningsintressen på grund av deras designmässiga mångfald, flexibilitet, låga kostnad och miljöskyddande egenskaper.

Kolmaterial har speciell termokemisk stabilitet, god elektrisk ledningsförmåga, hög hållfasthet och ovanliga mekaniska egenskaper, vilket gör dem till lovande elektroder för litiumjonbatterier och natriumjonbatterier.

Superkondensatorer kan laddas och urladdas snabbt under höga strömförhållanden och har en livslängd på mer än 100 000 gånger. De är en ny typ av speciell elektrokemisk energilagringsströmförsörjning mellan kondensatorer och batterier.

Superkondensatorer har egenskaper som hög effekttäthet och hög energiomvandlingshastighet, men deras energitäthet är låg, de är benägna att självurladda och de är benägna att elektrolytläcka vid felaktig användning.

Även om bränslecellen har egenskaper som ingen laddningsförmåga, stor kapacitet, hög specifik kapacitet och brett specifikt effektområde, gör dess höga driftstemperatur, höga kostnad och låga energiomvandlingseffektivitet att den endast är tillgänglig i kommersialiseringsprocessen och används i vissa kategorier.

Blybatterier har fördelarna med låg kostnad, mogen teknik och hög säkerhet, och har använts i stor utsträckning i signalbasstationer, elcyklar, bilar och energilagring i elnätet. Korta kretskort som förorenar miljön kan inte uppfylla de allt högre kraven och standarderna för energilagringsbatterier.

Ni-MH-batterier har egenskaper som stark mångsidighet, lågt värmevärde, stor monomerkapacitet och stabila urladdningsegenskaper, men deras vikt är relativt stor och det finns många problem vid seriehantering av batterier, vilket lätt kan leda till att separatorer för enskilda batterier smälter.