Enerģijai kā cilvēces civilizācijas progresa materiālajam pamatam vienmēr ir bijusi svarīga loma.Tā ir neaizstājama cilvēka sabiedrības attīstības garantija.Kopā ar ūdeni, gaisu un pārtiku tas veido nepieciešamos apstākļus cilvēka izdzīvošanai un tieši ietekmē cilvēka dzīvi..

Enerģētikas nozares attīstība ir piedzīvojusi divas lielas pārvērtības no malkas “ēras” uz ogļu “ēru”, un pēc tam no ogļu “ēras” uz naftas “ēru”.Tagad tas ir sācis mainīties no naftas “ēras” uz atjaunojamās enerģijas pārmaiņu “ēru”.

Sākot ar oglēm kā galveno avotu 19. gadsimta sākumā un beidzot ar naftu kā galveno avotu 20. gadsimta vidū, cilvēki fosilo enerģiju ir izmantojuši plašā mērogā vairāk nekā 200 gadus.Tomēr globālā enerģijas struktūra, kurā dominē fosilā enerģija, vairs nav tālu no fosilās enerģijas izsīkšanas.

Trīs tradicionālie fosilās enerģijas ekonomiskie nesēji, ko pārstāv ogles, nafta un dabasgāze, jaunajā gadsimtā tiks strauji izsmelti un lietošanas un sadegšanas procesā radīs arī siltumnīcas efektu, radīs lielu daudzumu piesārņojošo vielu un piesārņos. vide.

Tāpēc ir obligāti jāsamazina atkarība no fosilās enerģijas, jāmaina esošā neracionālā enerģijas izmantošanas struktūra un jāmeklē tīra un bezpiesārņojuma jauna atjaunojama enerģija.

Pašlaik atjaunojamā enerģija galvenokārt ietver vēja enerģiju, ūdeņraža enerģiju, saules enerģiju, biomasas enerģiju, plūdmaiņu enerģiju un ģeotermālo enerģiju utt., un vēja enerģija un saules enerģija ir aktuāli pētniecības centri visā pasaulē.

Tomēr joprojām ir samērā grūti panākt dažādu atjaunojamo energoresursu efektīvu pārveidi un uzglabāšanu, tādējādi apgrūtinot to efektīvu izmantošanu.

Šajā gadījumā, lai realizētu jaunu atjaunojamo energoresursu efektīvu izmantošanu no cilvēka puses, ir nepieciešams izstrādāt ērtu un efektīvu jaunu enerģijas uzkrāšanas tehnoloģiju, kas ir arī aktuālais punkts sociālajos pētījumos.

Šobrīd litija jonu akumulatori kā vienas no efektīvākajām sekundārajām baterijām ir plaši izmantotas dažādās elektroniskās ierīcēs, transportā, aviācijā un citās jomās., attīstības perspektīvas ir grūtākas.

Nātrija un litija fizikālās un ķīmiskās īpašības ir līdzīgas, un tam ir enerģijas uzkrāšanas efekts.Bagātīgā satura, vienmērīgā nātrija avota sadalījuma un zemās cenas dēļ to izmanto liela mēroga enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijā, kurai ir zemas izmaksas un augsta efektivitāte.

Nātrija jonu akumulatoru pozitīvo un negatīvo elektrodu materiāli ietver slāņveida pārejas metālu savienojumus, polianjonus, pārejas metālu fosfātus, kodola apvalka nanodaļiņas, metālu savienojumus, cieto oglekli utt.

Kā elements ar ārkārtīgi bagātīgām rezervēm dabā, ogleklis ir lēts un viegli iegūstams, un tas ir guvis lielu atzinību kā nātrija jonu akumulatoru anoda materiāls.

Pēc grafitizācijas pakāpes oglekļa materiālus var iedalīt divās kategorijās: grafīta ogleklis un amorfs ogleklis.

Cietais ogleklis, kas pieder pie amorfā oglekļa, uzrāda nātrija uzglabāšanas īpatnējo ietilpību 300 mAh/g, savukārt oglekļa materiālus ar augstāku grafitizācijas pakāpi ir grūti izmantot komerciālai lietošanai to lielās virsmas un spēcīgās kārtības dēļ.

Tāpēc praktiskajos pētījumos galvenokārt tiek izmantoti negrafīta cietās oglekļa materiāli.

Lai vēl vairāk uzlabotu nātrija jonu akumulatoru anoda materiālu veiktspēju, oglekļa materiālu hidrofilitāti un vadītspēju var uzlabot, izmantojot jonu dopingu vai savienojumus, kas var uzlabot oglekļa materiālu enerģijas uzkrāšanas veiktspēju.

Kā nātrija jonu akumulatora negatīvais elektrodu materiāls metālu savienojumi galvenokārt ir divdimensiju metālu karbīdi un nitrīdi.Papildus lieliskajām divdimensiju materiālu īpašībām tie var ne tikai uzglabāt nātrija jonus ar adsorbciju un interkalāciju, bet arī apvienoties ar nātriju. Jonu kombinācija ģenerē kapacitāti, izmantojot ķīmiskas reakcijas enerģijas uzglabāšanai, tādējādi ievērojami uzlabojot enerģijas uzkrāšanas efektu.

Augsto izmaksu un metālu savienojumu iegūšanas grūtību dēļ oglekļa materiāli joprojām ir galvenie nātrija jonu akumulatoru anoda materiāli.

Slāņu pārejas metālu savienojumu pieaugums ir pēc grafēna atklāšanas.Pašlaik nātrija jonu akumulatoros izmantotie divdimensiju materiāli galvenokārt ietver nātrija bāzes slāņveida NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 utt.

Polianjonu pozitīvo elektrodu materiāli vispirms tika izmantoti litija jonu akumulatora pozitīvajos elektrodos un vēlāk tika izmantoti nātrija jonu baterijās.Svarīgi reprezentatīvi materiāli ir olivīna kristāli, piemēram, NaMnPO4 un NaFePO4.

Pārejas metāla fosfāts sākotnēji tika izmantots kā pozitīvs elektrodu materiāls litija jonu baterijās.Sintēzes process ir salīdzinoši nobriedis, un tajā ir daudz kristālisko struktūru.

Fosfāts kā trīsdimensiju struktūra veido karkasa struktūru, kas veicina nātrija jonu deinterkalāciju un interkalāciju, un pēc tam iegūst nātrija jonu baterijas ar izcilu enerģijas uzkrāšanas veiktspēju.

Serdes un apvalka struktūras materiāls ir jauna veida anoda materiāls nātrija jonu akumulatoriem, kas ir parādījies tikai pēdējos gados.Pamatojoties uz oriģinālajiem materiāliem, šis materiāls ir ieguvis dobu struktūru, izmantojot izsmalcinātu konstrukcijas dizainu.

Biežāk sastopamie serdes un apvalka struktūras materiāli ir dobi kobalta selenīda nanokubi, Fe-N līdzleģētas kodola apvalka nātrija vanadāta nanosfēras, porainas oglekļa dobas alvas oksīda nanosfēras un citas dobas struktūras.

Pateicoties lieliskajām īpašībām, kopā ar maģisko dobo un poraino struktūru, elektrolītam tiek pakļauta lielāka elektroķīmiskā aktivitāte, un tajā pašā laikā tas arī ievērojami veicina elektrolīta jonu mobilitāti, lai panāktu efektīvu enerģijas uzglabāšanu.

Atjaunojamās enerģijas apjoms pasaulē turpina pieaugt, veicinot enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju attīstību.

Pašlaik saskaņā ar dažādām enerģijas uzglabāšanas metodēm to var iedalīt fiziskajā enerģijas uzglabāšanā un elektroķīmiskajā enerģijas uzglabāšanā.

Elektroķīmiskā enerģijas uzglabāšana atbilst mūsdienu jaunās enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas izstrādes standartiem, jo ​​tās priekšrocības ir augsta drošība, zemas izmaksas, elastīga izmantošana un augsta efektivitāte.

Saskaņā ar dažādiem elektroķīmisko reakciju procesiem elektroķīmiskās enerģijas uzkrāšanas enerģijas avoti galvenokārt ietver superkondensatorus, svina-skābes akumulatorus, degvielas jaudas baterijas, niķeļa-metāla hidrīda baterijas, nātrija-sēra baterijas un litija jonu baterijas.

Enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijā elastīgie elektrodu materiāli ir piesaistījuši daudzu zinātnieku pētniecisko interesi, pateicoties to dizaina daudzveidībai, elastībai, zemajām izmaksām un vides aizsardzības īpašībām.

Oglekļa materiāliem ir īpaša termoķīmiskā stabilitāte, laba elektrovadītspēja, augsta izturība un neparastas mehāniskās īpašības, kas padara tos par daudzsološiem litija jonu akumulatoru un nātrija jonu akumulatoru elektrodiem.

Superkondensatorus var ātri uzlādēt un izlādēt lielas strāvas apstākļos, un to cikla ilgums ir vairāk nekā 100 000 reižu.Tie ir jauna veida īpaša elektroķīmiskās enerģijas uzkrāšanas barošanas avots starp kondensatoriem un baterijām.

Superkondensatoriem ir liela jaudas blīvuma un augsta enerģijas pārveidošanas ātruma īpašības, taču to enerģijas blīvums ir zems, tie ir pakļauti pašizlādei un, ja tos izmanto nepareizi, tie ir pakļauti elektrolīta noplūdei.

Lai gan degvielas jaudas elementam ir tādas īpašības kā bez uzlādes, liela jauda, ​​liela īpatnējā jauda un plašs īpatnējās jaudas diapazons, tā augstā darba temperatūra, augstā pašizmaksa un zemā enerģijas pārveidošanas efektivitāte padara to pieejamu tikai komercializācijas procesā.izmanto noteiktās kategorijās.

Svina-skābes akumulatoriem ir zemu izmaksu, nobriedušu tehnoloģiju un augstas drošības priekšrocības, un tās ir plaši izmantotas signālu bāzes stacijās, elektriskajos velosipēdos, automašīnās un tīkla enerģijas uzglabāšanā.Īsi dēļi, piemēram, piesārņojot vidi, nevar izpildīt arvien augstākas prasības un standartus enerģijas uzglabāšanas akumulatoriem.

Ni-MH akumulatoriem ir raksturīgas spēcīgas daudzpusības, zemas siltumspējas, lielas monomēra ietilpības un stabilas izlādes īpašības, taču to svars ir salīdzinoši liels, un akumulatoru sēriju pārvaldībā ir daudz problēmu, kas var viegli novest pie viena akumulatoru kušanas. akumulatoru separatori.