אנרגיה, כבסיס החומר להתקדמות הציוויליזציה האנושית, תמיד מילאה תפקיד חשוב.זוהי ערובה הכרחית לפיתוח החברה האנושית.יחד עם מים, אוויר ומזון, הוא מהווה את התנאים ההכרחיים להישרדות האדם ומשפיע ישירות על חיי האדם..

התפתחות תעשיית האנרגיה עברה שתי תמורות מרכזיות מ"עידן" עצי ההסקה ל"עידן" הפחם, ולאחר מכן מ"עידן" הפחם ל"עידן" הנפט.כעת הוא החל להשתנות מ"עידן" הנפט ל"עידן" שינוי האנרגיה המתחדשת.

מפחם כמקור עיקרי בתחילת המאה ה-19 ועד נפט כמקור עיקרי באמצע המאה ה-20, בני האדם השתמשו באנרגיה מאובנים בקנה מידה גדול כבר יותר מ-200 שנה.עם זאת, מבנה האנרגיה העולמי הנשלט על ידי אנרגיה מאובנים גורם לכך שהוא כבר לא רחוק מדלדול האנרגיה המאובנים.

שלושת נושאי האנרגיה המאובנים המסורתיים המיוצגים על ידי פחם, נפט וגז טבעי ימוצו במהירות במאה החדשה, ובתהליך השימוש והבעירה, זה גם יגרום לאפקט החממה, יפיק כמות גדולה של מזהמים ויזהם הסביבה.

לכן, הכרחי להפחית את התלות באנרגיה מאובנים, לשנות את מבנה השימוש הבלתי רציונלי הקיים באנרגיה ולחפש אנרגיה מתחדשת נקייה ונטולת זיהום.

כיום, אנרגיה מתחדשת כוללת בעיקר אנרגיית רוח, אנרגיית מימן, אנרגיה סולארית, אנרגיית ביומסה, אנרגיית גאות ושפל ואנרגיה גיאותרמית וכו', ואנרגיית רוח ואנרגיה סולארית הן מוקדי מחקר עדכניים ברחבי העולם.

עם זאת, עדיין קשה יחסית להשיג הסבה ואחסון יעילים של מקורות אנרגיה מתחדשים שונים, ובכך מקשה על ניצול יעיל שלהם.

במקרה זה, על מנת לממש ניצול יעיל של אנרגיה מתחדשת חדשה על ידי בני אדם, יש צורך בפיתוח טכנולוגיית אגירת אנרגיה חדשה נוחה ויעילה, המהווה גם נקודה חמה במחקר החברתי הנוכחי.

נכון לעכשיו, סוללות ליתיום-יון, כאחת הסוללות המשניות היעילות ביותר, נמצאות בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים שונים, תחבורה, תעופה וחלל ועוד תחומים., הסיכויים לפיתוח קשים יותר.

התכונות הפיזיקליות והכימיות של נתרן וליתיום דומות, ויש לה אפקט אגירת אנרגיה.בגלל התוכן העשיר שלו, הפצה אחידה של מקור הנתרן והמחיר הנמוך, הוא משמש בטכנולוגיית אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, שיש לה את המאפיינים של עלות נמוכה ויעילות גבוהה.

חומרי האלקטרודה החיוביים והשליליים של סוללות יון נתרן כוללים תרכובות מתכת מעבר בשכבות, פוליאניונים, פוספטים של מתכת מעבר, ננו-חלקיקים של קליפת ליבה, תרכובות מתכת, פחמן קשיח וכו'.

כיסוד בעל עתודות רבות בטבע, פחמן זול וקל להשגה, וזכה להכרה רבה כחומר אנודה לסוללות נתרן-יון.

על פי מידת הגרפיטיזציה, ניתן לחלק את חומרי הפחמן לשתי קטגוריות: פחמן גרפיטי ופחמן אמורפי.

פחמן קשיח, השייך לפחמן אמורפי, מציג קיבולת ספציפית לאחסון נתרן של 300mAh/g, בעוד שחומרי פחמן בעלי דרגת גרפיטיזציה גבוהה יותר מתקשים לעמוד בשימוש מסחרי בשל שטח הפנים הגדול והסדר החזק שלהם.

לכן, חומרי פחמן קשיח שאינם גרפיט משמשים בעיקר במחקר מעשי.

על מנת לשפר עוד יותר את הביצועים של חומרי האנודה עבור סוללות נתרן-יון, ניתן לשפר את ההידרופיליות והמוליכות של חומרי פחמן באמצעות סימום או תרכובת יונים, אשר יכולים לשפר את ביצועי אחסון האנרגיה של חומרי פחמן.

כחומר האלקטרודה השלילי של סוללת יוני נתרן, תרכובות מתכת הן בעיקר קרבידים וניטרידים מתכת דו מימדיים.בנוסף למאפיינים המצוינים של חומרים דו מימדיים, הם יכולים לא רק לאחסן יוני נתרן על ידי ספיחה ואינטרקלציה, אלא גם לשלב עם נתרן שילוב היונים יוצר קיבול באמצעות תגובות כימיות לאגירת אנרגיה, ובכך משפר מאוד את אפקט אגירת האנרגיה.

בשל העלות הגבוהה והקושי בהשגת תרכובות מתכת, חומרי פחמן הם עדיין חומרי האנודה העיקריים לסוללות נתרן-יון.

עלייתן של תרכובות מתכת מעבר בשכבות היא לאחר גילוי הגרפן.כיום, החומרים הדו-ממדיים המשמשים בסוללות נתרן-יון כוללים בעיקר NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, שכבות על בסיס נתרן וכו'.

חומרים אלקטרודות חיוביות פוליאוניות שימשו לראשונה באלקטרודות חיוביות של סוללת ליתיום-יון, ולאחר מכן שימשו בסוללות נתרן-יון.חומרים מייצגים חשובים כוללים גבישי אוליבין כגון NaMnPO4 ו- NaFePO4.

פוספט מתכת מעבר שימש במקור כחומר אלקטרודה חיובי בסוללות ליתיום-יון.תהליך הסינתזה בוגר יחסית וקיימים מבני גביש רבים.

פוספט, כמבנה תלת מימדי, בונה מבנה מסגרת המועיל לדה-אינטרקלציה ואינטרקלציה של יוני נתרן, ולאחר מכן משיג סוללות נתרן-יון עם ביצועי אחסון אנרגיה מצוינים.

חומר מבנה הליבה-קליפה הוא סוג חדש של חומר אנודה לסוללות נתרן-יון שצמח רק בשנים האחרונות.בהתבסס על החומרים המקוריים, חומר זה השיג מבנה חלול באמצעות עיצוב מבני מעולה.

החומרים הנפוצים יותר למבנה הליבה-קליפה כוללים ננו-קוביות סלניד קובלט חלולות, ננו-ספירות הליבה-קליפת נתרן ונדאט קובלט חלולות Fe-N, ננו-ספירות חלולות פחמן נקבוביות ומבנים חלולים אחרים.

בשל מאפייניו המצוינים, יחד עם המבנה החלול והנקבובי הקסום, נחשפת יותר פעילות אלקטרוכימית לאלקטרוליט, ובמקביל, היא גם מקדם מאוד את ניידות היונים של האלקטרוליט להשגת אגירת אנרגיה יעילה.

האנרגיה המתחדשת העולמית ממשיכה לעלות, ומקדמת את הפיתוח של טכנולוגיית אחסון אנרגיה.

נכון להיום, על פי שיטות אחסון אנרגיה שונות, ניתן לחלק אותה לאגירת אנרגיה פיזית ולאגירת אנרגיה אלקטרוכימית.

אחסון אנרגיה אלקטרוכימי עומד בתקני הפיתוח של טכנולוגיית אגירת האנרגיה החדשה של ימינו בשל יתרונותיה של בטיחות גבוהה, עלות נמוכה, שימוש גמיש ויעילות גבוהה.

על פי תהליכי תגובה אלקטרוכימיים שונים, מקורות כוח לאחסון אנרגיה אלקטרוכימית כוללים בעיקר קבלי-על, סוללות עופרת, סוללות דלק, סוללות ניקל-מתכת הידריד, סוללות נתרן-גופרית וסוללות ליתיום-יון.

בטכנולוגיית אגירת אנרגיה, חומרי אלקטרודה גמישים משכו את תחומי העניין המחקריים של מדענים רבים בשל מגוון התכנון, הגמישות, העלות הנמוכה ומאפייני הגנת הסביבה שלהם.

לחומרי פחמן יציבות תרמוכימית מיוחדת, מוליכות חשמלית טובה, חוזק גבוה ותכונות מכניות יוצאות דופן, מה שהופך אותם לאלקטרודות מבטיחות עבור סוללות ליתיום-יון וסוללות נתרן-יון.

קבלי-על ניתנים לטעינה ופריקה במהירות בתנאי זרם גבוה, ובעלי חיי מחזור של יותר מ-100,000 פעמים.הם סוג חדש של ספק כוח מיוחד לאגירת אנרגיה אלקטרוכימית בין קבלים וסוללות.

קבלי-על הם בעלי מאפיינים של צפיפות הספק גבוהה וקצב המרת אנרגיה גבוה, אך צפיפות האנרגיה שלהם נמוכה, הם נוטים לפריקה עצמית, והם נוטים לדליפת אלקטרוליטים בשימוש לא נכון.

למרות שלתא כוח הדלק יש מאפיינים של ללא טעינה, קיבולת גדולה, קיבולת ספציפית גבוהה וטווח הספק ספציפי רחב, טמפרטורת הפעולה הגבוהה שלו, מחיר העלות הגבוה ויעילות המרת האנרגיה הנמוכה הופכים אותו לזמין רק בתהליך המסחור.בשימוש בקטגוריות מסוימות.

לסוללות עופרת יש את היתרונות של עלות נמוכה, טכנולוגיה בוגרת ובטיחות גבוהה, והן נמצאות בשימוש נרחב בתחנות בסיס אותות, אופניים חשמליים, מכוניות ואחסון אנרגיה ברשת.לוחות קצרים כגון מזהמים את הסביבה אינם יכולים לעמוד בדרישות ובסטנדרטים הגבוהים יותר ויותר עבור סוללות אחסון אנרגיה.

לסוללות Ni-MH יש מאפיינים של צדדיות חזקה, ערך קלורי נמוך, קיבולת מונומר גדולה ומאפייני פריקה יציבים, אך משקלן גדול יחסית, וישנן בעיות רבות בניהול סדרת סוללות, שעלולות להוביל בקלות להתכה של יחיד. מפרידי סוללות.