Az energia, mint az emberi civilizáció fejlődésének anyagi alapja, mindig is fontos szerepet játszott. Nélkülözhetetlen garanciája az emberi társadalom fejlődésének. A vízzel, a levegővel és az élelemmel együtt megteremti az emberi túléléshez szükséges feltételeket, és közvetlenül befolyásolja az emberi életet.

Az energiaipar fejlődése két jelentős átalakuláson ment keresztül: a tűzifa „korszakától” a szén „korszakáig”, majd a szén „korszakától” az olaj „korszakáig”. Most elkezdődött az átmenet az olaj „korszakából” a megújuló energia „korszakába”.

A 19. század elején a szén volt a fő energiaforrás, a 20. század közepén pedig az olaj vált a fő energiaforrássá, így az emberiség több mint 200 éve nagymértékben használ fosszilis energiát. A fosszilis energia dominanciája által uralt globális energiastruktúra azonban már nem áll messze a fosszilis energia kimerülésétől.

A három hagyományos fosszilis energiahordozó – a szén, az olaj és a földgáz – az új évszázadban gyorsan kimerül, és felhasználásuk, valamint elégetésük során üvegházhatást is okoznak, nagy mennyiségű szennyező anyagot termelnek, és szennyezik a környezetet.

Ezért elengedhetetlen a fosszilis energiától való függőség csökkentése, a meglévő irracionális energiafelhasználási struktúra megváltoztatása, valamint a tiszta és szennyezésmentes új megújuló energiaforrások keresése.

Jelenleg a megújuló energia főként a szélenergiát, a hidrogénenergiát, a napenergiát, a biomassza-energiát, az árapály-energiát és a geotermikus energiát foglalja magában, és a szélenergia és a napenergia a jelenlegi kutatási gócpontok világszerte.

A különféle megújuló energiaforrások hatékony átalakítása és tárolása azonban még mindig viszonylag nehéz, így nehéz azok hatékony felhasználása.

Ebben az esetben az új megújuló energia hatékony emberi hasznosításának megvalósításához kényelmes és hatékony új energiatárolási technológiát kell kifejleszteni, ami a jelenlegi társadalomkutatások egyik gócpontja.

Jelenleg a lítium-ion akkumulátorok, mint az egyik leghatékonyabb másodlagos akkumulátor, széles körben használatosak különféle elektronikus eszközökben, közlekedésben, repülőgépiparban és más területeken, a fejlesztési kilátások azonban nehezebbek.

A nátrium és a lítium fizikai és kémiai tulajdonságai hasonlóak, és energiatároló hatással bír. Gazdag tartalma, a nátriumforrás egyenletes eloszlása ​​és alacsony ára miatt nagyméretű energiatárolási technológiában használják, amely alacsony költséggel és nagy hatékonysággal rendelkezik.

A nátriumion-akkumulátorok pozitív és negatív elektróda anyagai közé tartoznak a réteges átmenetifém-vegyületek, polianionok, átmenetifém-foszfátok, mag-héj nanorészecskék, fémvegyületek, kemény szén stb.

Mivel a szén rendkívül bőséges tartalékokkal rendelkezik a természetben, olcsó és könnyen beszerezhető, és nagy elismerést kapott anódanyagként a nátrium-ion akkumulátorokban.

A grafitizáció mértéke szerint a szénanyagok két kategóriába sorolhatók: grafitikus szén és amorf szén.

Az amorf szénhez tartozó kemény szén 300 mAh/g fajlagos nátriumtárolási kapacitással rendelkezik, míg a nagyobb fokú grafitizációval rendelkező szénanyagok kereskedelmi forgalomba hozatala nagy felületük és erős rendezettségük miatt nehézkes.

Ezért a nem grafit alapú kemény szénanyagokat főként a gyakorlati kutatásokban használják.

A nátrium-ion akkumulátorok anódanyagainak teljesítményének további javítása érdekében a szénanyagok hidrofilitása és vezetőképessége iondoppingolással vagy keveréssel javítható, ami fokozhatja a szénanyagok energiatárolási teljesítményét.

A nátriumion-akkumulátor negatív elektródanyagaként a fémvegyületek főként kétdimenziós fémkarbidok és -nitridek. A kétdimenziós anyagok kiváló tulajdonságai mellett nemcsak adszorpció és interkaláció révén képesek nátriumionokat tárolni, hanem nátriummal is reagálhatnak. Az ionok kombinációja kémiai reakciókon keresztül kapacitást generál az energiatároláshoz, ezáltal jelentősen javítva az energiatárolási hatást.

A fémvegyületek magas költsége és beszerzésének nehézsége miatt a széntartalmú anyagok továbbra is a nátrium-ion akkumulátorok fő anódanyagai.

A réteges átmenetifém-vegyületek térnyerése a grafén felfedezése után következett be. Jelenleg a nátriumion-akkumulátorokban használt kétdimenziós anyagok főként nátriumalapú réteges NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 stb.

A polianionos pozitív elektródanyagokat először lítium-ion akkumulátorok pozitív elektródáiban használták, később pedig nátrium-ion akkumulátorokban. Fontos reprezentatív anyagok közé tartoznak az olivin kristályok, mint például a NaMnPO4 és a NaFePO4.

Az átmenetifém-foszfátot eredetileg pozitív elektródaanyagként használták lítium-ion akkumulátorokban. A szintézis folyamata viszonylag kiforrott, és számos kristályszerkezet létezik.

A foszfát, mint háromdimenziós szerkezet, egy olyan vázszerkezetet épít fel, amely elősegíti a nátriumionok deinterkalációját és interkalációját, majd kiváló energiatárolási teljesítményű nátriumion akkumulátorokat eredményez.

A mag-héj szerkezetű anyag egy új típusú anódanyag nátrium-ion akkumulátorokhoz, amely csak az utóbbi években jelent meg. Az eredeti anyagokra építve ez az anyag kifinomult szerkezeti kialakításnak köszönhetően üreges szerkezetet ért el.

A leggyakoribb mag-héj szerkezetű anyagok közé tartoznak az üreges kobalt-szelenid nanokockák, az Fe-N ko-adalékolt mag-héj nátrium-vanadát nanoszférák, a porózus szén üreges ón-oxid nanoszférák és más üreges szerkezetek.

Kiváló tulajdonságainak, valamint a varázslatos üreges és porózus szerkezetnek köszönhetően az elektrolit nagyobb elektrokémiai aktivitásnak van kitéve, és ugyanakkor nagymértékben elősegíti az elektrolit ionmobilitását a hatékony energiatárolás elérése érdekében.

A globális megújuló energiaforrások iránti kereslet folyamatosan növekszik, ami elősegíti az energiatárolási technológiák fejlődését.

Jelenleg a különböző energiatárolási módszerek szerint fizikai energiatárolásra és elektrokémiai energiatárolásra osztható.

Az elektrokémiai energiatárolás megfelel a mai új energiatárolási technológia fejlesztési szabványainak, mivel előnyei közé tartozik a magas biztonság, az alacsony költség, a rugalmas felhasználás és a nagy hatásfok.

A különböző elektrokémiai reakciófolyamatok szerint az elektrokémiai energiatároló áramforrások főként szuperkondenzátorokat, ólomakkumulátorokat, üzemanyag-akkumulátorokat, nikkel-metálhidrid akkumulátorokat, nátrium-kén akkumulátorokat és lítium-ion akkumulátorokat tartalmaznak.

Az energiatárolási technológiában a rugalmas elektródaanyagok számos tudós kutatási érdeklődését felkeltették tervezési sokszínűségük, rugalmasságuk, alacsony költségük és környezetvédelmi jellemzőik miatt.

A szén anyagok különleges termokémiai stabilitással, jó elektromos vezetőképességgel, nagy szilárdsággal és szokatlan mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, így ígéretes elektródák lítium-ion akkumulátorokhoz és nátrium-ion akkumulátorokhoz.

A szuperkondenzátorok gyorsan tölthetők és kisüthetők nagy áramerősség mellett, és több mint 100 000 ciklusos élettartammal rendelkeznek. Ezek egy új típusú speciális elektrokémiai energiatároló tápegységek a kondenzátorok és az akkumulátorok között.

A szuperkondenzátorok nagy teljesítménysűrűséggel és magas energiaátalakítási sebességgel rendelkeznek, de energiasűrűségük alacsony, hajlamosak az önkisülésre, és nem megfelelő használat esetén elektrolitszivárgásra.

Bár az üzemanyagcella jellemzői a töltésmentesség, a nagy kapacitás, a nagy fajlagos kapacitás és a széles fajlagos teljesítménytartomány, magas üzemi hőmérséklete, magas bekerülési ára és alacsony energiaátalakítási hatásfoka miatt csak bizonyos kategóriákban alkalmazható a kereskedelmi forgalomba hozatal során.

Az ólomakkumulátorok előnyei az alacsony költség, az érett technológia és a magas biztonság, és széles körben használják őket jelzőállomásokban, elektromos kerékpárokban, autókban és hálózati energiatárolásban. A környezetszennyező rövid áramkörök nem tudják kielégíteni az energiatároló akkumulátorokkal szemben támasztott egyre szigorúbb követelményeket és szabványokat.

A Ni-MH akkumulátorok sokoldalúak, alacsony fűtőértékűek, nagy monomerkapacitásúak és stabil kisülési jellemzőkkel rendelkeznek, de súlyuk viszonylag nagy, és az akkumulátor-sorozatkezelésben számos probléma merül fel, ami könnyen az egyes akkumulátor-szeparátorok megolvadásához vezethet.