Năng lượng, với tư cách là cơ sở vật chất cho sự tiến bộ của nền văn minh nhân loại, luôn đóng một vai trò quan trọng.Đó là sự đảm bảo tất yếu cho sự phát triển của xã hội loài người.Cùng với nước, không khí và thức ăn, nó tạo thành những điều kiện cần thiết cho sự sinh tồn của con người và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người..

Sự phát triển của ngành năng lượng đã trải qua hai bước chuyển biến lớn từ “kỷ nguyên” củi sang “kỷ nguyên” than, rồi từ “kỷ nguyên” than sang “kỷ nguyên” dầu mỏ.Giờ đây đã bắt đầu chuyển từ “kỷ nguyên” dầu mỏ sang “kỷ nguyên” thay đổi năng lượng tái tạo.

Từ than đá là nguồn năng lượng chính vào đầu thế kỷ 19 đến dầu mỏ là nguồn năng lượng chính vào giữa thế kỷ 20, con người đã sử dụng năng lượng hóa thạch trên quy mô lớn trong hơn 200 năm qua.Tuy nhiên, cơ cấu năng lượng toàn cầu bị chi phối bởi năng lượng hóa thạch khiến năng lượng hóa thạch không còn xa nữa sẽ cạn kiệt.

Ba nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống mang tính kinh tế là than, dầu và khí tự nhiên sẽ cạn kiệt nhanh chóng trong thế kỷ mới, đồng thời trong quá trình sử dụng và đốt cháy cũng sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính, tạo ra một lượng lớn chất ô nhiễm và gây ô nhiễm môi trường.

Vì vậy, cần phải giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, thay đổi cơ cấu sử dụng năng lượng bất hợp lý hiện có và tìm kiếm năng lượng tái tạo mới sạch, không ô nhiễm.

Hiện nay, năng lượng tái tạo chủ yếu bao gồm năng lượng gió, năng lượng hydro, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều và năng lượng địa nhiệt, v.v., và năng lượng gió và năng lượng mặt trời là những điểm nóng nghiên cứu hiện nay trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, việc chuyển đổi và lưu trữ hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau vẫn còn tương đối khó khăn, do đó gây khó khăn cho việc sử dụng chúng một cách hiệu quả.

Trong trường hợp này, để con người nhận ra việc sử dụng hiệu quả năng lượng tái tạo mới của con người, cần phải phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng mới tiện lợi và hiệu quả, đây cũng là một điểm nóng trong nghiên cứu xã hội hiện nay.

Hiện nay, pin lithium-ion, là một trong những loại pin thứ cấp hiệu quả nhất, đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác., triển vọng phát triển càng khó khăn hơn.

Các tính chất vật lý và hóa học của natri và lithium là tương tự nhau, và nó có tác dụng lưu trữ năng lượng.Do hàm lượng phong phú, nguồn natri phân bố đồng đều và giá thành thấp nên nó được sử dụng trong công nghệ lưu trữ năng lượng quy mô lớn, có đặc điểm là chi phí thấp và hiệu quả cao.

Vật liệu điện cực dương và âm của pin ion natri bao gồm các hợp chất kim loại chuyển tiếp phân lớp, polyanion, photphat kim loại chuyển tiếp, hạt nano vỏ lõi, hợp chất kim loại, carbon cứng, v.v.

Là một nguyên tố có trữ lượng cực kỳ dồi dào trong tự nhiên, carbon rẻ và dễ thu được, đồng thời được nhiều người công nhận là vật liệu cực dương cho pin natri-ion.

Theo mức độ đồ họa hóa, vật liệu cacbon có thể được chia thành hai loại: cacbon than chì và cacbon vô định hình.

Carbon cứng, thuộc loại carbon vô định hình, có khả năng lưu trữ natri riêng là 300mAh/g, trong khi vật liệu carbon có mức độ grafit hóa cao hơn khó đáp ứng mục đích sử dụng thương mại do diện tích bề mặt lớn và trật tự mạnh.

Vì vậy, vật liệu carbon cứng phi than chì chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu thực tế.

Để cải thiện hơn nữa hiệu suất của vật liệu cực dương cho pin natri-ion, tính ưa nước và độ dẫn điện của vật liệu carbon có thể được cải thiện bằng phương pháp pha tạp ion hoặc kết hợp, có thể nâng cao hiệu suất lưu trữ năng lượng của vật liệu carbon.

Là vật liệu điện cực âm của pin ion natri, các hợp chất kim loại chủ yếu là cacbua kim loại hai chiều và nitrua.Ngoài các đặc tính tuyệt vời của vật liệu hai chiều, chúng không chỉ có thể lưu trữ các ion natri bằng cách hấp phụ và xen kẽ mà còn kết hợp với natri. Sự kết hợp của các ion tạo ra điện dung thông qua các phản ứng hóa học để lưu trữ năng lượng, từ đó cải thiện đáng kể hiệu quả lưu trữ năng lượng.

Do giá thành cao và khó thu được hợp chất kim loại nên vật liệu carbon vẫn là vật liệu làm cực dương chính cho pin natri-ion.

Sự nổi lên của các hợp chất kim loại chuyển tiếp phân lớp diễn ra sau khi phát hiện ra graphene.Hiện nay, các vật liệu hai chiều được sử dụng trong pin natri-ion chủ yếu bao gồm NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, v.v.

Vật liệu điện cực dương đa anion lần đầu tiên được sử dụng trong các điện cực dương của pin lithium-ion và sau đó được sử dụng trong pin natri-ion.Vật liệu đại diện quan trọng bao gồm các tinh thể olivin như NaMnPO4 và NaFePO4.

Phosphat kim loại chuyển tiếp ban đầu được sử dụng làm vật liệu điện cực dương trong pin lithium-ion.Quá trình tổng hợp tương đối trưởng thành và có nhiều cấu trúc tinh thể.

Phốt phát, như một cấu trúc ba chiều, xây dựng một cấu trúc khung có lợi cho quá trình khử và xen kẽ các ion natri, sau đó thu được pin natri-ion với hiệu suất lưu trữ năng lượng tuyệt vời.

Vật liệu cấu trúc lõi-vỏ là một loại vật liệu cực dương mới cho pin natri-ion mới xuất hiện trong những năm gần đây.Dựa trên các vật liệu ban đầu, vật liệu này đã đạt được cấu trúc rỗng thông qua thiết kế kết cấu tinh tế.

Các vật liệu cấu trúc lõi-vỏ phổ biến hơn bao gồm các ống nano coban selenua rỗng, các ống nano natri vanadat vỏ lõi đồng pha tạp Fe-N, các ống nano oxit thiếc rỗng cacbon xốp và các cấu trúc rỗng khác.

Do các đặc tính tuyệt vời của nó, cùng với cấu trúc rỗng và xốp kỳ diệu, chất điện phân tiếp xúc với nhiều hoạt động điện hóa hơn, đồng thời, nó cũng thúc đẩy đáng kể khả năng di chuyển ion của chất điện phân để đạt được khả năng lưu trữ năng lượng hiệu quả.

Năng lượng tái tạo toàn cầu tiếp tục tăng, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng.

Hiện nay, theo các phương pháp lưu trữ năng lượng khác nhau, nó có thể được chia thành lưu trữ năng lượng vật lý và lưu trữ năng lượng điện hóa.

Lưu trữ năng lượng điện hóa đáp ứng các tiêu chuẩn phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng mới hiện nay nhờ ưu điểm là độ an toàn cao, chi phí thấp, sử dụng linh hoạt và hiệu quả cao.

Theo các quá trình phản ứng điện hóa khác nhau, nguồn năng lượng lưu trữ năng lượng điện hóa chủ yếu bao gồm siêu tụ điện, pin axit chì, pin năng lượng nhiên liệu, pin hydrua kim loại niken, pin natri-lưu huỳnh và pin lithium-ion.

Trong công nghệ lưu trữ năng lượng, vật liệu điện cực linh hoạt đã thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học do tính đa dạng về thiết kế, tính linh hoạt, chi phí thấp và đặc tính bảo vệ môi trường.

Vật liệu carbon có độ ổn định nhiệt hóa đặc biệt, độ dẫn điện tốt, độ bền cao và các tính chất cơ học khác thường, khiến chúng trở thành điện cực đầy hứa hẹn cho pin lithium-ion và pin natri-ion.

Siêu tụ điện có thể được sạc và xả nhanh chóng trong điều kiện dòng điện cao và có vòng đời hơn 100.000 lần.Chúng là một loại nguồn cung cấp năng lượng lưu trữ năng lượng điện hóa đặc biệt mới giữa tụ điện và pin.

Siêu tụ điện có đặc điểm là mật độ năng lượng cao và tốc độ chuyển đổi năng lượng cao nhưng mật độ năng lượng thấp, dễ tự phóng điện và dễ bị rò rỉ chất điện phân khi sử dụng không đúng cách.

Mặc dù pin năng lượng nhiên liệu có đặc điểm là không sạc, công suất lớn, công suất riêng cao và dải công suất riêng rộng, nhưng nhiệt độ hoạt động cao, giá thành cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp khiến nó chỉ có sẵn trong quá trình thương mại hóa.được sử dụng trong một số loại nhất định.

Pin axit chì có ưu điểm là chi phí thấp, công nghệ hoàn thiện và độ an toàn cao, đã được sử dụng rộng rãi trong các trạm tín hiệu, xe đạp điện, ô tô và lưu trữ năng lượng lưới.Những tấm ván ngắn như gây ô nhiễm môi trường không thể đáp ứng được những yêu cầu, tiêu chuẩn ngày càng cao hơn về pin lưu trữ năng lượng.

Pin Ni-MH có đặc tính linh hoạt mạnh mẽ, nhiệt trị thấp, dung lượng monome lớn và đặc tính phóng điện ổn định, nhưng trọng lượng của chúng tương đối lớn và có nhiều vấn đề trong việc quản lý loạt pin, có thể dễ dẫn đến sự tan chảy của pin đơn. bộ tách pin.