Энергия как материальная основа прогресса человеческой цивилизации всегда играла важную роль.Это незаменимая гарантия развития человеческого общества.Вместе с водой, воздухом и пищей она составляет необходимые условия для выживания человека и напрямую влияет на жизнь человека..

Развитие энергетики претерпело два крупных преобразования: от «эпохи» дров к «эпохе» угля, а затем от «эпохи» угля к «эпохе» нефти.Теперь началась смена «эры» нефти на «эру» возобновляемых источников энергии.

От угля в качестве основного источника энергии в начале 19-го века до нефти в качестве основного источника в середине 20-го века, люди использовали ископаемую энергию в больших масштабах на протяжении более 200 лет.Однако глобальная энергетическая структура, в которой доминирует ископаемая энергия, делает ее уже недалеко от истощения ископаемой энергии.

Три традиционных экономических носителя ископаемой энергии, представленные углем, нефтью и природным газом, будут быстро исчерпаны в новом столетии, а в процессе использования и сжигания это также вызовет парниковый эффект, создаст большое количество загрязняющих веществ и загрязнит окружающую среду. окружающая среда.

Поэтому крайне важно снизить зависимость от ископаемой энергии, изменить существующую иррациональную структуру использования энергии и искать чистые и незагрязненные новые возобновляемые источники энергии.

В настоящее время возобновляемые источники энергии в основном включают энергию ветра, водородную энергию, солнечную энергию, энергию биомассы, энергию приливов, геотермальную энергию и т. д., а энергия ветра и солнечная энергия в настоящее время являются горячими точками исследований во всем мире.

Однако добиться эффективного преобразования и хранения различных возобновляемых источников энергии по-прежнему относительно сложно, что затрудняет их эффективное использование.

В этом случае, чтобы реализовать эффективное использование человеком новой возобновляемой энергии, необходимо разработать удобную и эффективную новую технологию хранения энергии, которая также является горячей точкой в ​​современных социальных исследованиях.

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы, как одни из наиболее эффективных вторичных аккумуляторов, широко используются в различных электронных устройствах, на транспорте, в аэрокосмической и других областях., перспективы развития сложнее.

Физические и химические свойства натрия и лития схожи, и они обладают эффектом накопления энергии.Благодаря богатому содержанию, равномерному распределению источника натрия и низкой цене он используется в крупномасштабных технологиях хранения энергии, которые обладают низкой стоимостью и высокой эффективностью.

Материалы положительных и отрицательных электродов натрий-ионных батарей включают слоистые соединения переходных металлов, полианионы, фосфаты переходных металлов, наночастицы ядро-оболочка, соединения металлов, твердый углерод и т. д.

Как элемент с чрезвычайно богатыми запасами в природе, углерод дешев и его легко получить, и он получил широкое признание в качестве анодного материала для натрий-ионных батарей.

По степени графитизации углеродные материалы можно разделить на две категории: графитовый углерод и аморфный углерод.

Твердый углерод, который относится к аморфному углероду, имеет удельную емкость хранения натрия 300 мАч/г, в то время как углеродные материалы с более высокой степенью графитизации трудно найти в коммерческом использовании из-за их большой площади поверхности и прочного порядка.

Поэтому в практических исследованиях в основном используются безграфитовые твердые углеродные материалы.

Чтобы еще больше улучшить характеристики анодных материалов для натрий-ионных батарей, гидрофильность и проводимость углеродных материалов можно улучшить посредством ионного легирования или компаундирования, что может повысить эффективность накопления энергии углеродными материалами.

В качестве материала отрицательного электрода натрий-ионной батареи соединения металлов представляют собой в основном двумерные карбиды и нитриды металлов.Помимо превосходных характеристик двумерных материалов, они могут не только хранить ионы натрия путем адсорбции и интеркаляции, но также объединяться с натрием. Комбинация ионов создает емкость посредством химических реакций для хранения энергии, тем самым значительно улучшая эффект накопления энергии.

Из-за высокой стоимости и сложности получения соединений металлов углеродные материалы до сих пор остаются основными анодными материалами для натрий-ионных аккумуляторов.

Возникновение слоистых соединений переходных металлов произошло после открытия графена.В настоящее время двумерные материалы, используемые в натрий-ионных батареях, в основном включают слоистые NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 и т. д. на основе натрия.

Полианионные материалы положительных электродов сначала использовались в положительных электродах литий-ионных аккумуляторов, а затем использовались в натрий-ионных батареях.Важные репрезентативные материалы включают кристаллы оливина, такие как NaMnPO4 и NaFePO4.

Фосфат переходного металла первоначально использовался в качестве материала положительного электрода в литий-ионных батареях.Процесс синтеза относительно зрелый, и существует множество кристаллических структур.

Фосфат, как трехмерная структура, создает каркасную структуру, способствующую деинтеркаляции и интеркаляции ионов натрия, а затем позволяет получить натрий-ионные батареи с отличными характеристиками хранения энергии.

Материал структуры ядро-оболочка — это новый тип анодного материала для натрий-ионных аккумуляторов, который появился только в последние годы.Основанный на исходных материалах, этот материал имеет полую структуру благодаря изысканному структурному дизайну.

Наиболее распространенные материалы структуры ядро-оболочка включают полые нанокубы селенида кобальта, наносферы ванадата натрия, солегированные Fe-N, наносферы из пористого углерода и полого оксида олова и другие полые структуры.

Благодаря своим превосходным характеристикам в сочетании с волшебной полой и пористой структурой электролит подвергается большей электрохимической активности, и в то же время он также значительно способствует подвижности ионов электролита для достижения эффективного хранения энергии.

Глобальная возобновляемая энергетика продолжает расти, способствуя развитию технологий хранения энергии.

В настоящее время в соответствии с различными методами хранения энергии ее можно разделить на физическую и электрохимическую.

Электрохимическое накопление энергии соответствует стандартам развития современных новых технологий хранения энергии благодаря своим преимуществам: высокой безопасности, низкой стоимости, гибкому использованию и высокой эффективности.

В соответствии с различными процессами электрохимических реакций электрохимические источники энергии для хранения энергии в основном включают суперконденсаторы, свинцово-кислотные батареи, топливные батареи, никель-металлогидридные батареи, натриево-серные батареи и литий-ионные батареи.

В области технологий накопления энергии гибкие электродные материалы привлекли исследовательский интерес многих ученых из-за разнообразия конструкции, гибкости, низкой стоимости и характеристик защиты окружающей среды.

Углеродные материалы обладают особой термохимической стабильностью, хорошей электропроводностью, высокой прочностью и необычными механическими свойствами, что делает их перспективными электродами для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов.

Суперконденсаторы могут быстро заряжаться и разряжаться в условиях сильного тока и имеют срок службы более 100 000 раз.Это новый тип специального электрохимического источника питания для хранения энергии между конденсаторами и батареями.

Суперконденсаторы обладают характеристиками высокой плотности мощности и высокой скорости преобразования энергии, но их плотность энергии низка, они склонны к саморазряду и склонны к утечке электролита при неправильном использовании.

Хотя топливный элемент имеет характеристики отсутствия зарядки, большой емкости, высокой удельной мощности и широкого диапазона удельной мощности, его высокая рабочая температура, высокая себестоимость и низкая эффективность преобразования энергии делают его доступным только в процессе коммерциализации.используется в определенных категориях.

Свинцово-кислотные аккумуляторы обладают преимуществами низкой стоимости, зрелой технологии и высокой безопасности и широко используются в базовых станциях сигналов, электрических велосипедах, автомобилях и сетевых накопителях энергии.Короткие платы, загрязняющие окружающую среду, не могут соответствовать все более высоким требованиям и стандартам для аккумуляторных батарей.

Ni-MH аккумуляторы обладают характеристиками высокой универсальности, низкой теплотворной способности, большой мономерной емкости и стабильных характеристик разряда, но их вес относительно велик, и существует множество проблем при управлении сериями аккумуляторов, которые могут легко привести к плавлению отдельных аккумуляторов. сепараторы аккумуляторов.