Energjia, si bazë materiale për përparimin e qytetërimit njerëzor, ka luajtur gjithmonë një rol të rëndësishëm. Është një garanci e domosdoshme për zhvillimin e shoqërisë njerëzore. Së bashku me ujin, ajrin dhe ushqimin, ajo përbën kushtet e nevojshme për mbijetesën e njeriut dhe ndikon drejtpërdrejt në jetën e tij.

Zhvillimi i industrisë së energjisë ka pësuar dy transformime të mëdha nga "epoka" e druve të zjarrit në "epokën" e qymyrit dhe më pas nga "epoka" e qymyrit në "epokën" e naftës. Tani ajo ka filluar të ndryshojë nga "epoka" e naftës në "epokën" e ndryshimit të energjisë së rinovueshme.

Nga qymyri si burimi kryesor në fillim të shekullit të 19-të deri te nafta si burimi kryesor në mesin e shekullit të 20-të, njerëzit e kanë përdorur energjinë fosile në një shkallë të gjerë për më shumë se 200 vjet. Megjithatë, struktura globale e energjisë e dominuar nga energjia fosile e bën atë jo më larg varfërimit të energjisë fosile.

Tre bartësit tradicionalë ekonomikë të energjisë fosile të përfaqësuar nga qymyri, nafta dhe gazi natyror do të shterohen me shpejtësi në shekullin e ri, dhe në procesin e përdorimit dhe djegies, do të shkaktojë gjithashtu efektin serë, do të gjenerojë një sasi të madhe ndotësish dhe do të ndotë mjedisin.

Prandaj, është e domosdoshme të zvogëlohet varësia nga energjia fosile, të ndryshohet struktura ekzistuese e përdorimit joracional të energjisë dhe të kërkohet energji e re e rinovueshme e pastër dhe pa ndotje.

Aktualisht, energjia e rinovueshme përfshin kryesisht energjinë e erës, energjinë e hidrogjenit, energjinë diellore, energjinë e biomasës, energjinë e baticës dhe energjinë gjeotermale, etj., dhe energjia e erës dhe energjia diellore janë pika të nxehta kërkimore aktuale në të gjithë botën.

Megjithatë, është ende relativisht e vështirë të arrihet konvertimi dhe ruajtja efikase e burimeve të ndryshme të energjisë së rinovueshme, duke e bërë kështu të vështirë shfrytëzimin efektiv të tyre.

Në këtë rast, për të realizuar shfrytëzimin efektiv të energjisë së re të rinovueshme nga qeniet njerëzore, është e nevojshme të zhvillohet një teknologji e re e përshtatshme dhe efikase e ruajtjes së energjisë, e cila është gjithashtu një pikë e nxehtë në kërkimin shoqëror aktual.

Aktualisht, bateritë litium-jon, si një nga bateritë sekondare më efikase, janë përdorur gjerësisht në pajisje të ndryshme elektronike, transport, hapësirë ​​ajrore dhe fusha të tjera. Perspektivat për zhvillim janë më të vështira.

Vetitë fizike dhe kimike të natriumit dhe litiumit janë të ngjashme, dhe ai ka efektin e ruajtjes së energjisë. Për shkak të përmbajtjes së tij të pasur, shpërndarjes uniforme të burimit të natriumit dhe çmimit të ulët, ai përdoret në teknologjinë e ruajtjes së energjisë në shkallë të gjerë, e cila ka karakteristikat e kostos së ulët dhe efikasitetit të lartë.

Materialet e elektrodave pozitive dhe negative të baterive me jon natriumi përfshijnë komponime të shtresuara të metaleve të tranzicionit, polianione, fosfate të metaleve të tranzicionit, nanopjesëza bërthamë-guaskë, komponime metalike, karbon të fortë, etj.

Si një element me rezerva jashtëzakonisht të bollshme në natyrë, karboni është i lirë dhe i lehtë për t’u siguruar, dhe ka fituar shumë njohje si një material anode për bateritë me jon natriumi.

Sipas shkallës së grafitizimit, materialet e karbonit mund të ndahen në dy kategori: karbon grafitik dhe karbon amorf.

Karboni i fortë, i cili i përket karbonit amorf, shfaq një kapacitet specifik të ruajtjes së natriumit prej 300mAh/g, ndërsa materialet e karbonit me një shkallë më të lartë grafiti janë të vështira për t'u përdorur komercialisht për shkak të sipërfaqes së tyre të madhe dhe rendit të fortë.

Prandaj, materialet e karbonit të fortë jo-grafit përdoren kryesisht në kërkimin praktik.

Për të përmirësuar më tej performancën e materialeve të anodës për bateritë me jon natriumi, hidrofiliteti dhe përçueshmëria e materialeve të karbonit mund të përmirësohet me anë të dopingut ose përbërjes jonik, gjë që mund të rrisë performancën e ruajtjes së energjisë së materialeve të karbonit.

Si material i elektrodës negative të baterisë me jon natriumi, përbërjet metalike janë kryesisht karbide dhe nitride metalike dy-dimensionale. Përveç karakteristikave të shkëlqyera të materialeve dy-dimensionale, ato jo vetëm që mund të ruajnë jonet e natriumit me anë të adsorbimit dhe interkalimit, por edhe të kombinohen me natriumin. Kombinimi i joneve gjeneron kapacitet përmes reaksioneve kimike për ruajtjen e energjisë, duke përmirësuar kështu shumë efektin e ruajtjes së energjisë.

Për shkak të kostos së lartë dhe vështirësisë në marrjen e përbërjeve metalike, materialet e karbonit janë ende materialet kryesore të anodës për bateritë me jon natriumi.

Rritja e përbërjeve të metaleve të tranzicionit me shtresa vjen pas zbulimit të grafenit. Aktualisht, materialet dy-dimensionale të përdorura në bateritë me jon natriumi përfshijnë kryesisht NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 me bazë natriumi, etj.

Materialet e elektrodave pozitive polianionike u përdorën për herë të parë në elektrodat pozitive të baterive litium-jon, dhe më vonë u përdorën në bateritë natrium-jon. Materialet e rëndësishme përfaqësuese përfshijnë kristalet e olivinës si NaMnPO4 dhe NaFePO4.

Fosfati i metalit të tranzicionit u përdor fillimisht si material elektrodë pozitive në bateritë litium-jon. Procesi i sintezës është relativisht i pjekur dhe ka shumë struktura kristalore.

Fosfati, si një strukturë tre-dimensionale, ndërton një strukturë kornizë që është e favorshme për deinterkalimin dhe interkalimin e joneve të natriumit, dhe më pas siguron bateri me jon natriumi me performancë të shkëlqyer të ruajtjes së energjisë.

Materiali i strukturës bërthamë-guaskë është një lloj i ri materiali anodik për bateritë me jon natriumi që është shfaqur vetëm vitet e fundit. Bazuar në materialet origjinale, ky material ka arritur një strukturë të zbrazët përmes një dizajni të hollë strukturor.

Materialet më të zakonshme të strukturës bërthamë-guaskë përfshijnë nanokubët e zbrazët të selenidit të kobaltit, nanosferat e vanadatit të natriumit të bashkëdopuara me Fe-N, nanosferat e zbrazëta të oksidit të kallajit me karbon poroz dhe struktura të tjera të zbrazëta.

Për shkak të karakteristikave të tij të shkëlqyera, së bashku me strukturën magjike të zbrazët dhe poroze, më shumë aktivitet elektrokimik i ekspozohet elektrolitit, dhe në të njëjtën kohë, ai gjithashtu nxit shumë lëvizshmërinë e joneve të elektrolitit për të arritur ruajtje efikase të energjisë.

Energjia e rinovueshme globale vazhdon të rritet, duke nxitur zhvillimin e teknologjisë së ruajtjes së energjisë.

Aktualisht, sipas metodave të ndryshme të ruajtjes së energjisë, ajo mund të ndahet në ruajtjen fizike të energjisë dhe ruajtjen elektrokimike të energjisë.

Ruajtja elektrokimike e energjisë përmbush standardet e zhvillimit të teknologjisë së re të ruajtjes së energjisë së sotme për shkak të avantazheve të saj të sigurisë së lartë, kostos së ulët, përdorimit fleksibël dhe efikasitetit të lartë.

Sipas proceseve të ndryshme të reaksioneve elektrokimike, burimet e energjisë për ruajtjen e energjisë elektrokimike përfshijnë kryesisht superkondensatorët, bateritë me acid plumbi, bateritë me karburant, bateritë me hidrid nikel-metali, bateritë me squfur natriumi dhe bateritë me jone litiumi.

Në teknologjinë e ruajtjes së energjisë, materialet fleksibël të elektrodave kanë tërhequr interesin kërkimor të shumë shkencëtarëve për shkak të diversitetit të tyre në dizajn, fleksibilitetit, kostos së ulët dhe karakteristikave të mbrojtjes së mjedisit.

Materialet e karbonit kanë stabilitet të veçantë termokimik, përçueshmëri të mirë elektrike, rezistencë të lartë dhe veti mekanike të pazakonta, duke i bërë ato elektroda premtuese për bateritë litium-jon dhe bateritë natriumi-jon.

Superkondensatorët mund të karikohen dhe shkarkohen shpejt në kushte të rrymës së lartë dhe kanë një cikël jetëgjatësie prej më shumë se 100,000 herësh. Ato janë një lloj i ri i furnizimit me energji të veçantë elektrokimike për ruajtjen e energjisë midis kondensatorëve dhe baterive.

Superkondensatorët kanë karakteristikat e dendësisë së lartë të fuqisë dhe shkallës së lartë të konvertimit të energjisë, por dendësia e tyre e energjisë është e ulët, ato janë të prirura për vetëshkarkim dhe janë të prirura për rrjedhje të elektroliteve kur përdoren në mënyrë të papërshtatshme.

Edhe pse qeliza e karburantit ka karakteristikat e moskarikimit, kapacitetit të madh, kapacitetit të lartë specifik dhe gamës së gjerë të fuqisë specifike, temperatura e lartë e funksionimit, çmimi i lartë i kostos dhe efikasiteti i ulët i konvertimit të energjisë e bëjnë atë të disponueshme vetëm në procesin e komercializimit dhe të përdoret në kategori të caktuara.

Bateritë me plumb-acid kanë avantazhet e kostos së ulët, teknologjisë së zhvilluar dhe sigurisë së lartë, dhe janë përdorur gjerësisht në stacionet bazë të sinjaleve, biçikletat elektrike, automobilat dhe ruajtjen e energjisë në rrjet. Bordet e shkurtra, të tilla si ndotja e mjedisit, nuk mund të përmbushin kërkesat dhe standardet gjithnjë e më të larta për bateritë e ruajtjes së energjisë.

Bateritë Ni-MH kanë karakteristikat e shkathtësisë së fortë, vlerës së ulët kalorifike, kapacitetit të madh të monomerit dhe karakteristikave të qëndrueshme të shkarkimit, por pesha e tyre është relativisht e madhe dhe ka shumë probleme në menaxhimin e serive të baterive, të cilat mund të çojnë lehtësisht në shkrirjen e ndarësve të baterive të vetme.