Energia ako materiálny základ pokroku ľudskej civilizácie vždy zohrávala dôležitú úlohu. Je nevyhnutnou zárukou rozvoja ľudskej spoločnosti. Spolu s vodou, vzduchom a potravinami predstavuje nevyhnutné podmienky pre ľudské prežitie a priamo ovplyvňuje ľudský život.

Vývoj energetického priemyslu prešiel dvoma zásadnými transformáciami, od „éry“ palivového dreva k „ére“ uhlia a potom k „ére“ uhlia k „ére“ ropy. Teraz sa začal meniť z „éry“ ropy na „éru“ obnoviteľných zdrojov energie.

Od uhlia ako hlavného zdroja na začiatku 19. storočia až po ropu ako hlavný zdroj v polovici 20. storočia, ľudstvo využíva fosílnu energiu vo veľkom meradle už viac ako 200 rokov. Globálna energetická štruktúra, v ktorej dominujú fosílne palivá, však už neznamená, že fosílna energia je vyčerpaná.

Tri tradičné fosílne zdroje energie, ktoré predstavujú uhlie, ropa a zemný plyn, sa v novom storočí rýchlo vyčerpajú a ich využívanie a spaľovanie spôsobí skleníkový efekt, vygeneruje veľké množstvo znečisťujúcich látok a znečistí životné prostredie.

Preto je nevyhnutné znížiť závislosť od fosílnych palív, zmeniť existujúcu iracionálnu štruktúru využívania energie a hľadať čisté a neznečisťujúce nové obnoviteľné zdroje energie.

V súčasnosti obnoviteľné zdroje energie zahŕňajú najmä veternú energiu, vodíkovú energiu, slnečnú energiu, energiu z biomasy, energiu prílivu a odlivu a geotermálnu energiu atď. a veterná a slnečná energia sú v súčasnosti celosvetovo kľúčovými oblasťami výskumu.

Stále je však pomerne ťažké dosiahnuť efektívnu premenu a skladovanie rôznych obnoviteľných zdrojov energie, čo sťažuje ich efektívne využívanie.

V tomto prípade, aby sa dosiahlo efektívne využívanie novej obnoviteľnej energie ľuďmi, je potrebné vyvinúť pohodlnú a efektívnu novú technológiu skladovania energie, ktorá je tiež horúcou témou súčasného spoločenského výskumu.

V súčasnosti sa lítium-iónové batérie, ako jedna z najúčinnejších sekundárnych batérií, široko používajú v rôznych elektronických zariadeniach, doprave, letectve a ďalších oblastiach, pričom vyhliadky na rozvoj sú zložitejšie.

Fyzikálne a chemické vlastnosti sodíka a lítia sú podobné a majú účinok akumulácie energie. Vďaka bohatému obsahu, rovnomernému rozloženiu zdroja sodíka a nízkej cene sa používa vo veľkoobjemových technológiách akumulácie energie, ktoré sa vyznačujú nízkymi nákladmi a vysokou účinnosťou.

Materiály kladných a záporných elektród sodíkových iónových batérií zahŕňajú vrstvené zlúčeniny prechodných kovov, polyanióny, fosfáty prechodných kovov, nanočastice s jadrom a obalom, zlúčeniny kovov, tvrdý uhlík atď.

Uhlík, ako prvok s mimoriadne bohatými zásobami v prírode, je lacný a ľahko dostupný a získal si veľké uznanie ako anódový materiál pre sodíkovo-iónové batérie.

Podľa stupňa grafitizácie možno uhlíkové materiály rozdeliť do dvoch kategórií: grafitický uhlík a amorfný uhlík.

Tvrdý uhlík, ktorý patrí medzi amorfné uhlíky, vykazuje špecifickú kapacitu na ukladanie sodíka 300 mAh/g, zatiaľ čo uhlíkové materiály s vyšším stupňom grafitizácie sa ťažko komerčne využívajú kvôli ich veľkej povrchovej ploche a silnej usporiadanosti.

Preto sa v praktickom výskume používajú hlavne negrafitové tvrdé uhlíkové materiály.

Aby sa ďalej zlepšil výkon anódových materiálov pre sodíkovo-iónové batérie, hydrofilnosť a vodivosť uhlíkových materiálov sa môže zlepšiť pomocou iónového dopovania alebo zmiešavania, čo môže zvýšiť výkon uhlíkových materiálov pri skladovaní energie.

Ako materiál zápornej elektródy sodíkových iónových batérií sú kovové zlúčeniny prevažne dvojrozmerné karbidy a nitridy kovov. Okrem vynikajúcich vlastností dvojrozmerných materiálov dokážu nielen ukladať sodíkové ióny adsorpciou a interkaláciou, ale aj sa s nimi spájať. Kombinácia iónov vytvára chemickými reakciami kapacitu na ukladanie energie, čím sa výrazne zlepšuje účinok ukladania energie.

Vzhľadom na vysoké náklady a ťažkosti so získavaním kovových zlúčenín sú uhlíkové materiály stále hlavnými anódovými materiálmi pre sodíkovo-iónové batérie.

Vzostup vrstevnatých zlúčenín prechodných kovov nastal po objavení grafénu. V súčasnosti dvojrozmerné materiály používané v sodíkovo-iónových batériách zahŕňajú najmä vrstvené sodíkové NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 atď.

Polyaniónové materiály pre kladné elektródy sa prvýkrát použili v kladných elektródach lítium-iónových batérií a neskôr sa začali používať v sodíkovo-iónových batériách. Medzi dôležité reprezentatívne materiály patria kryštály olivínu, ako napríklad NaMnPO4 a NaFePO4.

Fosfát prechodného kovu sa pôvodne používal ako materiál kladnej elektródy v lítium-iónových batériách. Proces syntézy je relatívne zrelý a existuje mnoho kryštálových štruktúr.

Fosfát ako trojrozmerná štruktúra vytvára rámcovú štruktúru, ktorá je priaznivá pre deinterkaláciu a interkaláciu sodíkových iónov, a tým sa získajú sodíkovo-iónové batérie s vynikajúcim výkonom pri skladovaní energie.

Materiál s jadrovo-plášťovou štruktúrou je nový typ anódového materiálu pre sodíkovo-iónové batérie, ktorý sa objavil len v posledných rokoch. Na základe pôvodných materiálov tento materiál vďaka vynikajúcemu štrukturálnemu dizajnu dosiahol dutú štruktúru.

Medzi bežnejšie materiály so štruktúrou jadro-obal patria duté nanokocky selenidu kobaltu, nanosféry vanadičnanu sodného s jadrom a obalom dopované Fe-N, pórovité duté nanosféry oxidu cínu z uhlíka a iné duté štruktúry.

Vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam v spojení s magickou dutou a pórovitou štruktúrou je elektrolyt vystavený väčšej elektrochemickej aktivite a zároveň výrazne podporuje mobilitu iónov elektrolytu, čím sa dosahuje efektívne ukladanie energie.

Globálna energia z obnoviteľných zdrojov neustále rastie, čo podporuje rozvoj technológií skladovania energie.

V súčasnosti sa podľa rôznych metód skladovania energie delí na fyzické skladovanie energie a elektrochemické skladovanie energie.

Elektrochemické skladovanie energie spĺňa vývojové štandardy dnešnej novej technológie skladovania energie vďaka svojim výhodám vysokej bezpečnosti, nízkym nákladom, flexibilnému použitiu a vysokej účinnosti.

Podľa rôznych elektrochemických reakčných procesov zahŕňajú elektrochemické zdroje energie najmä superkondenzátory, olovené batérie, palivové batérie, nikel-metalhydridové batérie, sodíkovo-sírové batérie a lítium-iónové batérie.

V technológii skladovania energie priťahujú flexibilné elektródové materiály výskumný záujem mnohých vedcov vďaka svojej rozmanitosti dizajnu, flexibilite, nízkym nákladom a vlastnostiam ochrany životného prostredia.

Uhlíkové materiály majú špeciálnu termochemickú stabilitu, dobrú elektrickú vodivosť, vysokú pevnosť a nezvyčajné mechanické vlastnosti, vďaka čomu sú sľubnými elektródami pre lítium-iónové batérie a sodíkovo-iónové batérie.

Superkondenzátory sa dajú rýchlo nabíjať a vybíjať pri vysokých prúdových podmienkach a majú životnosť viac ako 100 000 cyklov. Sú novým typom špeciálneho elektrochemického zdroja energie na ukladanie energie medzi kondenzátormi a batériami.

Superkondenzátory sa vyznačujú vysokou hustotou výkonu a vysokou mierou premeny energie, ale ich hustota energie je nízka, sú náchylné na samovybíjanie a pri nesprávnom používaní sú náchylné na únik elektrolytu.

Hoci sa palivový článok vyznačuje tým, že sa nenabíja, má veľkú kapacitu, vysokú špecifickú kapacitu a široký rozsah špecifického výkonu, jeho vysoká prevádzková teplota, vysoká cena a nízka účinnosť premeny energie ho robia dostupným v procese komercializácie a používa sa iba v určitých kategóriách.

Olovené batérie majú výhody nízkej ceny, vyspelej technológie a vysokej bezpečnosti a široko sa používajú v signálnych základňových staniciach, elektrických bicykloch, automobiloch a sieťových úložiskách energie. Krátke dosky, ktoré znečisťujú životné prostredie, nemôžu spĺňať čoraz vyššie požiadavky a normy na batérie na skladovanie energie.

Ni-MH batérie sa vyznačujú vysokou všestrannosťou, nízkou výhrevnosťou, veľkou kapacitou monoméru a stabilnými vybíjacími charakteristikami, ale ich hmotnosť je relatívne veľká a pri sériovom zaraďovaní batérií existuje veľa problémov, čo môže ľahko viesť k roztaveniu separátorov jednotlivých batérií.