L'energia, in quanto base materiale per il progresso della civiltà umana, ha sempre svolto un ruolo importante.È una garanzia indispensabile per lo sviluppo della società umana.Insieme all’acqua, all’aria e al cibo, costituisce le condizioni necessarie per la sopravvivenza umana e influisce direttamente sulla vita umana..

Lo sviluppo dell’industria energetica ha subito due grandi trasformazioni: dall’“era” della legna all’“era” del carbone, e poi dall’“era” del carbone all’“era” del petrolio.Ora ha cominciato a passare dall’“era” del petrolio all’“era” del cambiamento delle energie rinnovabili.

Dal carbone come fonte principale all’inizio del XIX secolo al petrolio come fonte principale a metà del XX secolo, gli esseri umani utilizzano l’energia fossile su larga scala da oltre 200 anni.Tuttavia, la struttura energetica globale dominata dall’energia fossile non la rende più lontana dall’esaurimento dell’energia fossile.

I tre tradizionali vettori economici dell’energia fossile rappresentati da carbone, petrolio e gas naturale si esauriranno rapidamente nel nuovo secolo e, nel processo di utilizzo e combustione, causeranno anche l’effetto serra, genereranno una grande quantità di sostanze inquinanti e inquineranno l'ambiente.

Pertanto, è imperativo ridurre la dipendenza dall’energia fossile, cambiare l’attuale struttura di utilizzo irrazionale dell’energia e cercare nuove energie rinnovabili pulite e prive di inquinamento.

Allo stato attuale, l’energia rinnovabile comprende principalmente l’energia eolica, l’energia dell’idrogeno, l’energia solare, l’energia da biomassa, l’energia delle maree e l’energia geotermica, ecc., E l’energia eolica e l’energia solare sono attuali punti caldi della ricerca in tutto il mondo.

Tuttavia, è ancora relativamente difficile ottenere una conversione e uno stoccaggio efficienti delle varie fonti di energia rinnovabile, rendendone quindi difficile il loro utilizzo efficace.

In questo caso, al fine di realizzare un utilizzo efficace della nuova energia rinnovabile da parte degli esseri umani, è necessario sviluppare una nuova tecnologia di stoccaggio dell’energia conveniente ed efficiente, che è anche un punto caldo nell’attuale ricerca sociale.

Attualmente, le batterie agli ioni di litio, essendo una delle batterie secondarie più efficienti, sono state ampiamente utilizzate in vari dispositivi elettronici, nei trasporti, nell'aerospaziale e in altri campi., le prospettive di sviluppo sono più difficili.

Le proprietà fisiche e chimiche del sodio e del litio sono simili e hanno un effetto di accumulo di energia.A causa del suo ricco contenuto, della distribuzione uniforme della fonte di sodio e del prezzo basso, viene utilizzato nella tecnologia di stoccaggio dell'energia su larga scala, che ha le caratteristiche di basso costo e alta efficienza.

I materiali degli elettrodi positivi e negativi delle batterie agli ioni di sodio includono composti di metalli di transizione stratificati, polianioni, fosfati di metalli di transizione, nanoparticelle core-shell, composti metallici, carbonio duro, ecc.

Essendo un elemento con riserve estremamente abbondanti in natura, il carbonio è economico e facile da ottenere e ha ottenuto molti riconoscimenti come materiale anodico per le batterie agli ioni di sodio.

In base al grado di grafitizzazione, i materiali di carbonio possono essere suddivisi in due categorie: carbonio grafitico e carbonio amorfo.

Il carbonio duro, che appartiene al carbonio amorfo, presenta una capacità specifica di stoccaggio del sodio di 300 mAh/g, mentre i materiali di carbonio con un grado di grafitizzazione più elevato sono difficili da soddisfare per l'uso commerciale a causa della loro ampia area superficiale e del forte ordine.

Pertanto, i materiali in carbonio duro diversi dalla grafite vengono utilizzati principalmente nella ricerca pratica.

Al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni dei materiali anodici per le batterie agli ioni di sodio, l'idrofilicità e la conduttività dei materiali in carbonio possono essere migliorate mediante drogaggio o compounding ionico, che può migliorare le prestazioni di accumulo di energia dei materiali in carbonio.

Essendo il materiale dell'elettrodo negativo della batteria agli ioni di sodio, i composti metallici sono principalmente carburi e nitruri metallici bidimensionali.Oltre alle eccellenti caratteristiche dei materiali bidimensionali, non solo possono immagazzinare ioni sodio mediante adsorbimento e intercalazione, ma anche combinarsi con il sodio. La combinazione di ioni genera capacità attraverso reazioni chimiche per l'accumulo di energia, migliorando così notevolmente l'effetto di accumulo di energia.

A causa del costo elevato e della difficoltà nell’ottenimento di composti metallici, i materiali di carbonio sono ancora i principali materiali anodici per le batterie agli ioni di sodio.

L’ascesa dei composti di metalli di transizione stratificati avviene dopo la scoperta del grafene.Allo stato attuale, i materiali bidimensionali utilizzati nelle batterie agli ioni di sodio includono principalmente NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, stratificati a base di sodio.

I materiali per elettrodi positivi polianionici sono stati utilizzati per la prima volta negli elettrodi positivi delle batterie agli ioni di litio e successivamente nelle batterie agli ioni di sodio.Importanti materiali rappresentativi includono cristalli di olivina come NaMnPO4 e NaFePO4.

Il fosfato del metallo di transizione era originariamente utilizzato come materiale per l'elettrodo positivo nelle batterie agli ioni di litio.Il processo di sintesi è relativamente maturo e sono presenti molte strutture cristalline.

Il fosfato, come struttura tridimensionale, costruisce una struttura strutturale che favorisce la deintercalazione e l'intercalazione degli ioni di sodio, e quindi ottiene batterie agli ioni di sodio con eccellenti prestazioni di accumulo di energia.

Il materiale della struttura core-shell è un nuovo tipo di materiale anodico per batterie agli ioni di sodio emerso solo negli ultimi anni.Basato sui materiali originali, questo materiale ha ottenuto una struttura cava attraverso uno squisito design strutturale.

I materiali più comuni per la struttura core-shell includono nanocubi cavi di seleniuro di cobalto, nanosfere di vanadato di sodio core-shell co-drogato con Fe-N, nanosfere porose di ossido di stagno cavo di carbonio e altre strutture cave.

Grazie alle sue eccellenti caratteristiche, abbinate alla magica struttura cava e porosa, all'elettrolita viene esposta una maggiore attività elettrochimica e, allo stesso tempo, promuove notevolmente anche la mobilità ionica dell'elettrolita per ottenere un efficiente accumulo di energia.

L’energia rinnovabile globale continua ad aumentare, promuovendo lo sviluppo della tecnologia di stoccaggio dell’energia.

Attualmente, secondo diversi metodi di accumulo dell'energia, può essere suddiviso in accumulo di energia fisica e accumulo di energia elettrochimica.

Lo stoccaggio elettrochimico dell'energia soddisfa gli standard di sviluppo della nuova tecnologia di stoccaggio dell'energia odierna grazie ai vantaggi di elevata sicurezza, basso costo, utilizzo flessibile ed alta efficienza.

In base ai diversi processi di reazione elettrochimica, le fonti di energia per l'accumulo di energia elettrochimica includono principalmente supercondensatori, batterie al piombo, batterie a combustibile, batterie al nichel-metallo idruro, batterie al sodio-zolfo e batterie agli ioni di litio.

Nella tecnologia di accumulo dell'energia, i materiali degli elettrodi flessibili hanno attirato l'interesse di molti scienziati grazie alla loro diversità di progettazione, flessibilità, basso costo e caratteristiche di protezione ambientale.

I materiali in carbonio hanno una speciale stabilità termochimica, una buona conduttività elettrica, un’elevata resistenza e proprietà meccaniche insolite, che li rendono elettrodi promettenti per batterie agli ioni di litio e batterie agli ioni di sodio.

I supercondensatori possono essere caricati e scaricati rapidamente in condizioni di corrente elevata e hanno una durata di ciclo di oltre 100.000 volte.Sono un nuovo tipo di speciale alimentatore elettrochimico per l'accumulo di energia tra condensatori e batterie.

I supercondensatori hanno le caratteristiche di un'elevata densità di potenza e un elevato tasso di conversione dell'energia, ma la loro densità di energia è bassa, sono soggetti all'autoscarica e sono soggetti a perdite di elettrolita se utilizzati in modo improprio.

Sebbene la cella di alimentazione a combustibile abbia le caratteristiche di assenza di ricarica, grande capacità, elevata capacità specifica e ampio intervallo di potenza specifica, l’elevata temperatura operativa, l’alto prezzo di costo e la bassa efficienza di conversione energetica la rendono disponibile solo nel processo di commercializzazione.utilizzati in determinate categorie.

Le batterie al piombo presentano i vantaggi di un basso costo, di una tecnologia matura e di un'elevata sicurezza e sono state ampiamente utilizzate nelle stazioni base di segnale, nelle biciclette elettriche, nelle automobili e nello stoccaggio dell'energia in rete.Le tavole corte come quelle che inquinano l'ambiente non possono soddisfare i requisiti e gli standard sempre più elevati per le batterie di accumulo dell'energia.

Le batterie Ni-MH hanno le caratteristiche di forte versatilità, basso potere calorifico, grande capacità monomerica e caratteristiche di scarica stabile, ma il loro peso è relativamente grande e ci sono molti problemi nella gestione delle serie di batterie, che possono facilmente portare allo scioglimento dei singoli componenti. separatori di batterie.