Energi sebagai bahan baku kemajuan peradaban manusia selalu memegang peranan penting.Ini adalah jaminan yang sangat diperlukan bagi perkembangan masyarakat manusia.Bersama dengan air, udara, dan makanan, hal ini merupakan kondisi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup manusia dan secara langsung mempengaruhi kehidupan manusia..

Perkembangan industri energi telah mengalami dua kali transformasi besar, yaitu dari “era” kayu bakar menjadi “era” batubara, kemudian dari “era” batubara menjadi “era” minyak.Kini sudah mulai berubah dari “era” minyak ke “era” perubahan energi terbarukan.

Dari batu bara sebagai sumber utama pada awal abad ke-19 hingga minyak sebagai sumber utama pada pertengahan abad ke-20, manusia telah menggunakan energi fosil dalam skala besar selama lebih dari 200 tahun.Namun struktur energi global yang didominasi oleh energi fosil membuatnya tidak jauh lagi dari penipisan energi fosil.

Tiga pembawa energi fosil tradisional yang diwakili oleh batu bara, minyak dan gas alam akan habis dengan cepat di abad baru, dan dalam proses penggunaan dan pembakaran, hal ini juga akan menyebabkan efek rumah kaca, menghasilkan polutan dalam jumlah besar, dan mencemari. lingkungan.

Oleh karena itu, sangat penting untuk mengurangi ketergantungan terhadap energi fosil, mengubah struktur penggunaan energi yang tidak rasional, dan mencari energi baru terbarukan yang bersih dan bebas polusi.

Saat ini, energi terbarukan terutama mencakup energi angin, energi hidrogen, energi matahari, energi biomassa, energi pasang surut dan energi panas bumi, dll., dan energi angin dan energi matahari merupakan pusat penelitian terkini di seluruh dunia.

Namun, konversi dan penyimpanan berbagai sumber energi terbarukan secara efisien masih relatif sulit dicapai, sehingga sulit untuk memanfaatkannya secara efektif.

Dalam hal ini, untuk mewujudkan pemanfaatan energi baru terbarukan secara efektif oleh manusia, perlu dikembangkan teknologi penyimpanan energi baru yang nyaman dan efisien, yang juga menjadi hot spot dalam penelitian sosial saat ini.

Saat ini, baterai lithium-ion sebagai salah satu baterai sekunder paling efisien telah banyak digunakan di berbagai perangkat elektronik, transportasi, dirgantara dan bidang lainnya., prospek pengembangannya lebih sulit.

Sifat fisik dan kimia natrium dan litium serupa, dan memiliki efek penyimpanan energi.Karena kandungannya yang kaya, distribusi sumber natrium yang seragam, dan harga yang murah, maka digunakan dalam teknologi penyimpanan energi skala besar, yang memiliki karakteristik biaya rendah dan efisiensi tinggi.

Bahan elektroda positif dan negatif baterai ion natrium meliputi senyawa logam transisi berlapis, polianion, fosfat logam transisi, nanopartikel cangkang inti, senyawa logam, karbon keras, dll.

Sebagai unsur dengan cadangan yang sangat melimpah di alam, karbon murah dan mudah diperoleh, serta telah mendapat banyak pengakuan sebagai bahan anoda untuk baterai natrium-ion.

Menurut derajat grafitisasinya, bahan karbon dapat dibagi menjadi dua kategori: karbon grafit dan karbon amorf.

Karbon keras, yang termasuk dalam karbon amorf, menunjukkan kapasitas spesifik penyimpanan natrium sebesar 300mAh/g, sedangkan bahan karbon dengan tingkat grafitisasi yang lebih tinggi sulit untuk memenuhi penggunaan komersial karena luas permukaannya yang besar dan tatanan yang kuat.

Oleh karena itu, bahan karbon keras non-grafit terutama digunakan dalam penelitian praktis.

Untuk lebih meningkatkan kinerja bahan anoda untuk baterai natrium-ion, hidrofilisitas dan konduktivitas bahan karbon dapat ditingkatkan melalui doping atau peracikan ion, yang dapat meningkatkan kinerja penyimpanan energi bahan karbon.

Sebagai bahan elektroda negatif baterai ion natrium, senyawa logam sebagian besar berupa karbida logam dua dimensi dan nitrida.Selain karakteristik bahan dua dimensi yang sangat baik, mereka tidak hanya dapat menyimpan ion natrium melalui adsorpsi dan interkalasi, tetapi juga bergabung dengan natrium. Kombinasi ion menghasilkan kapasitansi melalui reaksi kimia untuk penyimpanan energi, sehingga sangat meningkatkan efek penyimpanan energi.

Karena mahalnya biaya dan sulitnya memperoleh senyawa logam, bahan karbon masih menjadi bahan anoda utama baterai natrium-ion.

Maraknya senyawa logam transisi berlapis terjadi setelah ditemukannya graphene.Saat ini, bahan dua dimensi yang digunakan dalam baterai natrium-ion terutama mencakup NaxMO4 berlapis berbasis natrium, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, dll.

Bahan elektroda positif polianionik pertama kali digunakan pada elektroda positif baterai litium-ion, dan kemudian digunakan pada baterai natrium-ion.Bahan perwakilan penting termasuk kristal olivin seperti NaMnPO4 dan NaFePO4.

Logam transisi fosfat awalnya digunakan sebagai bahan elektroda positif pada baterai lithium-ion.Proses sintesisnya relatif matang dan struktur kristalnya banyak.

Fosfat, sebagai struktur tiga dimensi, membangun struktur kerangka yang kondusif untuk deinterkalasi dan interkalasi ion natrium, dan kemudian memperoleh baterai natrium-ion dengan kinerja penyimpanan energi yang sangat baik.

Bahan struktur inti-cangkang adalah jenis bahan anoda baru untuk baterai natrium-ion yang baru muncul dalam beberapa tahun terakhir.Berdasarkan bahan aslinya, bahan ini telah mencapai struktur berongga melalui desain struktural yang indah.

Bahan struktur cangkang inti yang lebih umum mencakup nanokubus kobalt selenida berongga, nanosfer natrium vanadat cangkang inti yang didoping bersama Fe-N, nanosfer karbon oksida timah berongga berpori, dan struktur berongga lainnya.

Karena karakteristiknya yang sangat baik, ditambah dengan struktur berongga dan berpori magis, lebih banyak aktivitas elektrokimia yang terpapar pada elektrolit, dan pada saat yang sama, juga sangat meningkatkan mobilitas ion elektrolit untuk mencapai penyimpanan energi yang efisien.

Energi terbarukan global terus meningkat, mendorong perkembangan teknologi penyimpanan energi.

Saat ini, menurut metode penyimpanan energi yang berbeda, dapat dibagi menjadi penyimpanan energi fisik dan penyimpanan energi elektrokimia.

Penyimpanan energi elektrokimia memenuhi standar pengembangan teknologi penyimpanan energi baru saat ini karena keunggulan keamanannya yang tinggi, biaya rendah, penggunaan yang fleksibel, dan efisiensi yang tinggi.

Menurut proses reaksi elektrokimia yang berbeda, sumber daya penyimpanan energi elektrokimia terutama mencakup superkapasitor, baterai timbal-asam, baterai tenaga bahan bakar, baterai nikel-metal hidrida, baterai natrium-sulfur, dan baterai lithium-ion.

Dalam teknologi penyimpanan energi, bahan elektroda fleksibel telah menarik minat penelitian banyak ilmuwan karena keragaman desain, fleksibilitas, biaya rendah, dan karakteristik perlindungan lingkungan.

Bahan karbon memiliki stabilitas termokimia yang istimewa, konduktivitas listrik yang baik, kekuatan tinggi, dan sifat mekanik yang tidak biasa, menjadikannya elektroda yang menjanjikan untuk baterai litium-ion dan baterai natrium-ion.

Superkapasitor dapat diisi dan dikosongkan dengan cepat dalam kondisi arus tinggi, dan memiliki siklus hidup lebih dari 100.000 kali.Mereka adalah jenis baru dari catu daya penyimpanan energi elektrokimia khusus antara kapasitor dan baterai.

Superkapasitor memiliki karakteristik kepadatan daya yang tinggi dan tingkat konversi energi yang tinggi, namun kepadatan energinya rendah, rentan terhadap self-discharge, dan rentan terhadap kebocoran elektrolit jika digunakan secara tidak tepat.

Meskipun sel tenaga bahan bakar memiliki karakteristik tanpa pengisian daya, kapasitas besar, kapasitas spesifik tinggi, dan rentang daya spesifik luas, suhu operasinya yang tinggi, harga biaya tinggi, dan efisiensi konversi energi yang rendah membuatnya hanya tersedia dalam proses komersialisasi.digunakan pada kategori tertentu.

Baterai timbal-asam memiliki keunggulan berbiaya rendah, teknologi matang, dan keamanan tinggi, dan telah banyak digunakan di stasiun pangkalan sinyal, sepeda listrik, mobil, dan penyimpanan energi jaringan.Papan pendek seperti mencemari lingkungan tidak dapat memenuhi persyaratan dan standar baterai penyimpan energi yang semakin tinggi.

Baterai Ni-MH memiliki karakteristik keserbagunaan yang kuat, nilai kalor yang rendah, kapasitas monomer yang besar, dan karakteristik pengosongan yang stabil, namun bobotnya relatif besar, dan terdapat banyak masalah dalam manajemen seri baterai, yang dapat dengan mudah menyebabkan melelehnya baterai tunggal. pemisah baterai.