Energie als materielle Grundlage für den Fortschritt der menschlichen Zivilisation spielt seit jeher eine wichtige Rolle.Es ist eine unverzichtbare Garantie für die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft.Zusammen mit Wasser, Luft und Nahrung stellt es die notwendigen Überlebensvoraussetzungen für den Menschen dar und hat direkten Einfluss auf das menschliche Leben..

Die Entwicklung der Energiewirtschaft hat zwei große Veränderungen durchgemacht: von der „Ära“ des Brennholzes zur „Ära“ der Kohle und dann von der „Ära“ der Kohle zur „Ära“ des Öls.Jetzt hat der Wandel von der „Ära“ des Öls zur „Ära“ der erneuerbaren Energien begonnen.

Von Kohle als Hauptquelle im frühen 19. Jahrhundert bis hin zu Öl als Hauptquelle in der Mitte des 20. Jahrhunderts nutzt der Mensch seit mehr als 200 Jahren fossile Energie in großem Umfang.Aufgrund der von fossilen Energien dominierten globalen Energiestruktur ist die Erschöpfung fossiler Energie jedoch nicht mehr weit entfernt.

Die drei traditionellen fossilen Energieträger Kohle, Öl und Erdgas werden im neuen Jahrhundert schnell erschöpft sein und bei der Nutzung und Verbrennung auch den Treibhauseffekt verursachen, große Mengen an Schadstoffen erzeugen und die Umwelt verschmutzen die Umgebung.

Daher ist es unerlässlich, die Abhängigkeit von fossiler Energie zu verringern, die bestehende irrationale Energienutzungsstruktur zu ändern und nach sauberer und schadstofffreier neuer erneuerbarer Energie zu streben.

Derzeit umfassen erneuerbare Energien hauptsächlich Windenergie, Wasserstoffenergie, Solarenergie, Biomasseenergie, Gezeitenenergie und Geothermie usw., und Windenergie und Solarenergie sind aktuelle Forschungsschwerpunkte weltweit.

Allerdings ist es immer noch relativ schwierig, verschiedene erneuerbare Energiequellen effizient umzuwandeln und zu speichern, was ihre effektive Nutzung erschwert.

Um die effektive Nutzung neuer erneuerbarer Energien durch den Menschen zu realisieren, ist es in diesem Fall notwendig, praktische und effiziente neue Energiespeichertechnologien zu entwickeln, die auch in der aktuellen Sozialforschung ein Brennpunkt sind.

Derzeit werden Lithium-Ionen-Batterien als eine der effizientesten Sekundärbatterien häufig in verschiedenen elektronischen Geräten, im Transportwesen, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen eingesetzt., sind die Entwicklungsaussichten schwieriger.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Natrium und Lithium sind ähnlich und es hat eine Energiespeicherwirkung.Aufgrund seines hohen Gehalts, der gleichmäßigen Verteilung der Natriumquelle und des niedrigen Preises wird es in der groß angelegten Energiespeichertechnologie verwendet, die sich durch niedrige Kosten und hohe Effizienz auszeichnet.

Zu den positiven und negativen Elektrodenmaterialien von Natriumionenbatterien gehören schichtförmige Übergangsmetallverbindungen, Polyanionen, Übergangsmetallphosphate, Kern-Schale-Nanopartikel, Metallverbindungen, Hartkohlenstoff usw.

Kohlenstoff ist ein Element mit extrem großen Vorkommen in der Natur, günstig und leicht erhältlich und hat als Anodenmaterial für Natriumionenbatterien große Anerkennung gefunden.

Je nach Graphitisierungsgrad können Kohlenstoffmaterialien in zwei Kategorien eingeteilt werden: graphitischer Kohlenstoff und amorpher Kohlenstoff.

Harter Kohlenstoff, der zum amorphen Kohlenstoff gehört, weist eine spezifische Natriumspeicherkapazität von 300 mAh/g auf, während Kohlenstoffmaterialien mit einem höheren Graphitisierungsgrad aufgrund ihrer großen Oberfläche und starken Ordnung nur schwer kommerziell genutzt werden können.

Daher werden in der praktischen Forschung hauptsächlich nicht-graphitische Hartkohlenstoffmaterialien verwendet.

Um die Leistung von Anodenmaterialien für Natriumionenbatterien weiter zu verbessern, können die Hydrophilie und Leitfähigkeit von Kohlenstoffmaterialien durch Ionendotierung oder Compoundierung verbessert werden, wodurch die Energiespeicherleistung von Kohlenstoffmaterialien verbessert werden kann.

Als negatives Elektrodenmaterial von Natriumionenbatterien sind Metallverbindungen hauptsächlich zweidimensionale Metallcarbide und -nitride.Zusätzlich zu den hervorragenden Eigenschaften zweidimensionaler Materialien können sie nicht nur Natriumionen durch Adsorption und Interkalation speichern, sondern sich auch mit Natrium verbinden. Die Kombination von Ionen erzeugt durch chemische Reaktionen eine Kapazität zur Energiespeicherung, wodurch der Energiespeichereffekt erheblich verbessert wird.

Aufgrund der hohen Kosten und Schwierigkeiten bei der Gewinnung von Metallverbindungen sind Kohlenstoffmaterialien immer noch die wichtigsten Anodenmaterialien für Natriumionenbatterien.

Der Aufstieg geschichteter Übergangsmetallverbindungen erfolgt nach der Entdeckung von Graphen.Derzeit umfassen die zweidimensionalen Materialien, die in Natriumionenbatterien verwendet werden, hauptsächlich natriumbasierte geschichtete NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 usw.

Polyanionische positive Elektrodenmaterialien wurden zuerst in positiven Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien und später in Natrium-Ionen-Batterien verwendet.Wichtige repräsentative Materialien sind Olivinkristalle wie NaMnPO4 und NaFePO4.

Übergangsmetallphosphat wurde ursprünglich als positives Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien verwendet.Der Syntheseprozess ist relativ ausgereift und es gibt viele Kristallstrukturen.

Phosphat bildet als dreidimensionale Struktur eine Gerüststruktur, die die Deinterkalation und Interkalation von Natriumionen begünstigt, und erhält dann Natriumionenbatterien mit hervorragender Energiespeicherleistung.

Das Kern-Schale-Strukturmaterial ist ein neuartiges Anodenmaterial für Natrium-Ionen-Batterien, das erst in den letzten Jahren aufgetaucht ist.Basierend auf den Originalmaterialien hat dieses Material durch exquisites Strukturdesign eine Hohlstruktur erreicht.

Zu den gebräuchlicheren Kern-Schale-Strukturmaterialien gehören hohle Kobaltselenid-Nanowürfel, Fe-N-codotierte Kern-Schale-Natriumvanadat-Nanokugeln, hohle Zinnoxid-Nanokugeln aus porösem Kohlenstoff und andere Hohlstrukturen.

Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften, gepaart mit der magischen hohlen und porösen Struktur, wird dem Elektrolyten mehr elektrochemische Aktivität ausgesetzt und gleichzeitig wird auch die Ionenmobilität des Elektrolyten erheblich gefördert, um eine effiziente Energiespeicherung zu erreichen.

Der weltweite Anteil erneuerbarer Energien nimmt weiter zu und fördert die Entwicklung der Energiespeichertechnologie.

Derzeit kann es je nach Energiespeichermethode in physikalische Energiespeicherung und elektrochemische Energiespeicherung unterteilt werden.

Die elektrochemische Energiespeicherung entspricht aufgrund ihrer Vorteile hoher Sicherheit, geringer Kosten, flexibler Nutzung und hoher Effizienz den Entwicklungsstandards der heutigen neuen Energiespeichertechnologie.

Zu den Energiequellen für die elektrochemische Energiespeicherung gehören je nach unterschiedlichen elektrochemischen Reaktionsprozessen hauptsächlich Superkondensatoren, Blei-Säure-Batterien, Brennstoffbatterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, Natrium-Schwefel-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien.

In der Energiespeichertechnologie haben flexible Elektrodenmaterialien aufgrund ihrer Designvielfalt, Flexibilität, geringen Kosten und Umweltschutzeigenschaften das Forschungsinteresse vieler Wissenschaftler geweckt.

Kohlenstoffmaterialien verfügen über eine besondere thermochemische Stabilität, gute elektrische Leitfähigkeit, hohe Festigkeit und außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, was sie zu vielversprechenden Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien macht.

Superkondensatoren können unter Hochstrombedingungen schnell geladen und entladen werden und haben eine Zyklenlebensdauer von mehr als 100.000 Malen.Sie sind eine neuartige spezielle elektrochemische Energiespeicher-Stromversorgung zwischen Kondensatoren und Batterien.

Superkondensatoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Energieumwandlungsrate aus, ihre Energiedichte ist jedoch gering, sie neigen zur Selbstentladung und bei unsachgemäßer Verwendung neigen sie zum Austreten von Elektrolyt.

Obwohl die Brennstoffzelle die Eigenschaften keiner Aufladung, großer Kapazität, hoher spezifischer Kapazität und eines breiten spezifischen Leistungsbereichs aufweist, ist sie aufgrund ihrer hohen Betriebstemperatur, des hohen Selbstkostenpreises und der geringen Energieumwandlungseffizienz nur im Kommerzialisierungsprozess verfügbar.in bestimmten Kategorien verwendet.

Blei-Säure-Batterien zeichnen sich durch niedrige Kosten, ausgereifte Technologie und hohe Sicherheit aus und werden häufig in Signalbasisstationen, Elektrofahrrädern, Automobilen und Netzenergiespeichern eingesetzt.Kurze Platinen, die die Umwelt belasten, können den immer höheren Anforderungen und Standards für Energiespeicherbatterien nicht gerecht werden.

Ni-MH-Batterien zeichnen sich durch große Vielseitigkeit, niedrigen Heizwert, große Monomerkapazität und stabile Entladeeigenschaften aus, ihr Gewicht ist jedoch relativ groß und es gibt viele Probleme bei der Batteriereihenverwaltung, die leicht zum Schmelzen einzelner Batterien führen können Batterieseparatoren.