Energie, jakožto materiální základ pokroku lidské civilizace, vždy hrála důležitou roli. Je nepostradatelnou zárukou rozvoje lidské společnosti. Spolu s vodou, vzduchem a potravinami tvoří nezbytné podmínky pro lidské přežití a přímo ovlivňuje lidský život.

Vývoj energetického průmyslu prošel dvěma zásadními transformacemi, z „éry“ palivového dřeva do „éry“ uhlí a poté z „éry“ uhlí do „éry“ ropy. Nyní se začal měnit z „éry“ ropy do „éry“ obnovitelných zdrojů energie.

Od uhlí jako hlavního zdroje na počátku 19. století až po ropu jako hlavní zdroj v polovině 20. století, lidstvo využívá fosilní energii ve velkém měřítku již více než 200 let. Globální energetická struktura, v níž dominují fosilní energie, však již neznamená, že by se fosilní energie měla vyčerpat.

Tři tradiční fosilní zdroje energie, které tvoří uhlí, ropa a zemní plyn, se v novém století rychle vyčerpají a jejich používání a spalování bude také způsobovat skleníkový efekt, produkovat velké množství znečišťujících látek a znečišťovat životní prostředí.

Proto je nezbytné snížit závislost na fosilních palivech, změnit stávající iracionální strukturu využívání energie a hledat čisté a neznečišťující nové obnovitelné zdroje energie.

V současné době zahrnují obnovitelné zdroje energie zejména větrnou energii, vodíkovou energii, solární energii, energii biomasy, energii přílivu a odlivu a geotermální energii atd. a větrná a solární energie jsou aktuálními oblastmi výzkumu po celém světě.

Dosažení efektivní přeměny a skladování různých obnovitelných zdrojů energie je však stále relativně obtížné, což ztěžuje jejich efektivní využití.

V tomto případě je pro efektivní využití nových obnovitelných zdrojů energie lidmi nezbytné vyvinout pohodlnou a efektivní novou technologii skladování energie, což je také žhavým tématem současného sociálního výzkumu.

V současné době se lithium-iontové baterie, jakožto jedny z nejúčinnějších sekundárních baterií, široce používají v různých elektronických zařízeních, dopravě, letectví a dalších oblastech, vyhlídky na jejich rozvoj jsou však obtížnější.

Fyzikální a chemické vlastnosti sodíku a lithia jsou podobné a mají účinek ukládání energie. Díky bohatému obsahu, rovnoměrnému rozložení zdroje sodíku a nízké ceně se používá ve velkokapacitních technologiích ukládání energie, které se vyznačují nízkými náklady a vysokou účinností.

Mezi materiály kladných a záporných elektrod sodíkových iontových baterií patří vrstevnaté sloučeniny přechodných kovů, polyanionty, fosfáty přechodných kovů, nanočástice s jádrem a obalem, sloučeniny kovů, tvrdý uhlík atd.

Uhlík, prvek s extrémně hojnými zásobami v přírodě, je levný a snadno dostupný a získal si velké uznání jako anodový materiál pro sodíkovo-iontové baterie.

Podle stupně grafitizace lze uhlíkové materiály rozdělit do dvou kategorií: grafitický uhlík a amorfní uhlík.

Tvrdý uhlík, který patří do amorfního uhlíku, vykazuje specifickou kapacitu pro ukládání sodíku 300 mAh/g, zatímco uhlíkové materiály s vyšším stupněm grafitizace je obtížné komerčně využít kvůli jejich velkému povrchu a silnému uspořádání.

Proto se v praktickém výzkumu používají hlavně negrafitové tvrdé uhlíkové materiály.

Pro další zlepšení výkonu anodových materiálů pro sodíkovo-iontové baterie lze hydrofilnost a vodivost uhlíkových materiálů zlepšit pomocí iontového dopování nebo smíchávání, což může zvýšit výkon uhlíkových materiálů při akumulaci energie.

Jako materiál záporné elektrody sodíkových iontových baterií jsou kovové sloučeniny převážně dvourozměrné karbidy a nitridy kovů. Kromě vynikajících vlastností dvourozměrných materiálů dokáží nejen ukládat ionty sodíku adsorpcí a interkalací, ale také se sodíkem kombinovat. Kombinace iontů vytváří chemickými reakcemi kapacitu pro ukládání energie, čímž se výrazně zlepšuje účinek ukládání energie.

Vzhledem k vysokým nákladům a obtížnosti získávání kovových sloučenin jsou uhlíkové materiály stále hlavními anodovými materiály pro sodíkovo-iontové baterie.

Vzestup vrstevnatých sloučenin přechodných kovů nastal po objevení grafenu. V současné době zahrnují dvourozměrné materiály používané v sodíkovo-iontových bateriích především vrstevnaté NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 atd. na bázi sodíku.

Polyaniontové materiály pro kladné elektrody byly poprvé použity v kladných elektrodách lithium-iontových baterií a později byly použity v sodíkovo-iontových bateriích. Mezi důležité reprezentativní materiály patří krystaly olivínu, jako je NaMnPO4 a NaFePO4.

Fosfát přechodného kovu byl původně používán jako materiál pro kladné elektrody v lithium-iontových bateriích. Proces syntézy je relativně vyspělý a existuje mnoho krystalových struktur.

Fosfát jako trojrozměrná struktura vytváří rámcovou strukturu, která je příznivá pro deinterkalaci a interkalaci sodných iontů, a tím vznikají sodíkovo-iontové baterie s vynikajícím výkonem při ukládání energie.

Materiál s jádro-plášťovou strukturou je nový typ anodového materiálu pro sodíkovo-iontové baterie, který se objevil teprve v posledních letech. Na základě původních materiálů tento materiál dosáhl duté struktury díky vynikajícímu konstrukčnímu řešení.

Mezi běžnější materiály se strukturou jádro-obal patří duté nanokrychle selenidu kobaltu, nanokuličky vanadičnanu sodného s jádrem a obalem dopované Fe-N, porézní duté nanokuličky oxidu cínu z uhlíku a další duté struktury.

Díky svým vynikajícím vlastnostem ve spojení s magickou dutou a porézní strukturou je elektrolyt vystaven větší elektrochemické aktivitě a zároveň výrazně podporuje mobilitu iontů v elektrolytu pro dosažení efektivního ukládání energie.

Globální využití obnovitelných zdrojů energie nadále roste, což podporuje rozvoj technologií pro skladování energie.

V současné době lze podle různých metod skladování energie rozdělit na fyzické skladování energie a elektrochemické skladování energie.

Elektrochemické skladování energie splňuje vývojové standardy dnešní nové technologie skladování energie díky svým výhodám, jako je vysoká bezpečnost, nízké náklady, flexibilní použití a vysoká účinnost.

Podle různých elektrochemických reakčních procesů zahrnují elektrochemické zdroje energie hlavně superkondenzátory, olověné akumulátory, palivové baterie, nikl-metalhydridové baterie, sodíkovo-sírové baterie a lithium-iontové baterie.

V technologii skladování energie přitahují flexibilní elektrodové materiály výzkumný zájem mnoha vědců díky své rozmanitosti designu, flexibilitě, nízkým nákladům a vlastnostem, které z hlediska ochrany životního prostředí vykazují.

Uhlíkové materiály mají zvláštní termochemickou stabilitu, dobrou elektrickou vodivost, vysokou pevnost a neobvyklé mechanické vlastnosti, což z nich činí slibné elektrody pro lithium-iontové baterie a sodíkovo-iontové baterie.

Superkondenzátory lze rychle nabíjet a vybíjet za podmínek vysokého proudu a mají životnost více než 100 000 cyklů. Jsou novým typem speciálního elektrochemického zdroje energie pro ukládání energie mezi kondenzátory a bateriemi.

Superkondenzátory se vyznačují vysokou hustotou výkonu a vysokou rychlostí přeměny energie, ale jejich hustota energie je nízká, jsou náchylné k samovybíjení a při nesprávném použití k úniku elektrolytu.

Přestože se palivový článek vyznačuje tím, že se nenabíjí, má velkou kapacitu, vysokou specifickou kapacitu a široký rozsah specifického výkonu, jeho vysoká provozní teplota, vysoká cena a nízká účinnost přeměny energie ho činí dostupným pro komerční využití pouze v určitých kategoriích.

Olověné akumulátory mají výhody nízké ceny, vyspělé technologie a vysoké bezpečnosti a široce se používají v signálních základnových stanicích, elektrických kolech, automobilech a úložištích energie v rozvodné síti. Krátké desky, které znečišťují životní prostředí, nemohou splňovat stále vyšší požadavky a normy pro akumulátory.

Ni-MH baterie se vyznačují vysokou všestranností, nízkou výhřevností, velkou kapacitou monomeru a stabilními vybíjecími charakteristikami, ale jejich hmotnost je relativně velká a při sériovém zapojení baterií existuje mnoho problémů, které mohou snadno vést k roztavení separátorů jednotlivých baterií.