A enerxía, como base material para o progreso da civilización humana, sempre desempeñou un papel importante. É unha garantía indispensable para o desenvolvemento da sociedade humana. Xunto coa auga, o aire e os alimentos, constitúe as condicións necesarias para a supervivencia humana e afecta directamente á vida humana.

O desenvolvemento da industria enerxética experimentou dúas grandes transformacións, desde a "era" da leña á "era" do carbón e, a continuación, da "era" do carbón á "era" do petróleo. Agora comezou a cambiar da "era" do petróleo á "era" do cambio nas enerxías renovables.

Desde o carbón como fonte principal a principios do século XIX ata o petróleo como fonte principal a mediados do século XX, os humanos utilizaron a enerxía fósil a grande escala durante máis de 200 anos. Non obstante, a estrutura enerxética global dominada pola enerxía fósil fai que xa non estea lonxe do esgotamento da enerxía fósil.

Os tres vectores económicos tradicionais de enerxía fósil representados polo carbón, o petróleo e o gas natural esgotaranse rapidamente no novo século e, no proceso de uso e combustión, tamén provocarán o efecto invernadoiro, xerarán unha gran cantidade de contaminantes e contaminarán o medio ambiente.

Polo tanto, é imperativo reducir a dependencia das enerxías fósiles, cambiar a estrutura irracional de uso da enerxía existente e buscar novas enerxías renovables limpas e libres de contaminación.

Na actualidade, as enerxías renovables inclúen principalmente a enerxía eólica, a enerxía do hidróxeno, a enerxía solar, a enerxía da biomasa, a enerxía das mareas e a enerxía xeotérmica, etc., e a enerxía eólica e a enerxía solar son puntos de interese na investigación en todo o mundo.

Non obstante, aínda é relativamente difícil lograr a conversión e o almacenamento eficientes de diversas fontes de enerxía renovables, o que dificulta o seu uso eficaz.

Neste caso, para lograr a utilización eficaz das novas enerxías renovables por parte dos seres humanos, é necesario desenvolver unha nova tecnoloxía de almacenamento de enerxía cómoda e eficiente, que tamén é un punto de interese na investigación social actual.

Na actualidade, as baterías de ións de litio, como unha das baterías secundarias máis eficientes, utilizáronse amplamente en diversos dispositivos electrónicos, transporte, aeroespacial e outros campos, as perspectivas de desenvolvemento son máis difíciles.

As propiedades físicas e químicas do sodio e do litio son similares, e ten un efecto de almacenamento de enerxía. Debido ao seu rico contido, á distribución uniforme da fonte de sodio e ao seu baixo prezo, utilízase na tecnoloxía de almacenamento de enerxía a grande escala, que ten as características de baixo custo e alta eficiencia.

Os materiais de eléctrodos positivos e negativos das baterías de ións de sodio inclúen compostos de metais de transición en capas, polianións, fosfatos de metais de transición, nanopartículas de núcleo e casca, compostos metálicos, carbono duro, etc.

Como elemento con reservas extremadamente abundantes na natureza, o carbono é barato e doado de obter, e gañou moito recoñecemento como material ánodo para baterías de ións de sodio.

Segundo o grao de grafitización, os materiais de carbono pódense dividir en dúas categorías: carbono grafítico e carbono amorfo.

O carbono duro, que pertence ao carbono amorfo, presenta unha capacidade específica de almacenamento de sodio de 300 mAh/g, mentres que os materiais de carbono cun maior grao de grafitización son difíciles de usar comercialmente debido á súa gran superficie e forte orde.

Polo tanto, os materiais de carbono duro sen grafito úsanse principalmente na investigación práctica.

Para mellorar aínda máis o rendemento dos materiais ánodos para baterías de ións de sodio, a hidrofilicidade e a condutividade dos materiais de carbono poden mellorarse mediante dopaxe ou mestura de ións, o que pode mellorar o rendemento de almacenamento de enerxía dos materiais de carbono.

Como material de eléctrodo negativo da batería de ións de sodio, os compostos metálicos son principalmente carburos e nitruros metálicos bidimensionais. Ademais das excelentes características dos materiais bidimensionais, non só poden almacenar ións de sodio por adsorción e intercalación, senón que tamén se combinan co sodio. A combinación de ións xera capacitancia mediante reaccións químicas para o almacenamento de enerxía, mellorando así en gran medida o efecto de almacenamento de enerxía.

Debido ao alto custo e á dificultade para obter compostos metálicos, os materiais de carbono seguen sendo os principais materiais ánodos para as baterías de ións de sodio.

O auxe dos compostos de metais de transición en capas prodúcese despois do descubrimento do grafeno. Na actualidade, os materiais bidimensionais empregados nas baterías de ións de sodio inclúen principalmente NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 en capas baseadas en sodio, etc.

Os materiais de eléctrodos positivos polianiónicos empregáronse por primeira vez en eléctrodos positivos de baterías de ións de litio e, posteriormente, en baterías de ións de sodio. Entre os materiais representativos importantes inclúense os cristais de olivina como o NaMnPO4 e o NaFePO4.

O fosfato de metal de transición empregouse orixinalmente como material de eléctrodo positivo en baterías de ións de litio. O proceso de síntese é relativamente maduro e existen moitas estruturas cristalinas.

O fosfato, como estrutura tridimensional, constrúe unha estrutura de armazón que favorece a desintercalación e intercalación de ións de sodio e, a continuación, obtén baterías de ións de sodio cun excelente rendemento de almacenamento de enerxía.

O material de estrutura núcleo-casca é un novo tipo de material ánodo para baterías de ións de sodio que xurdiu nos últimos anos. Baseado nos materiais orixinais, este material conseguiu unha estrutura oca mediante un deseño estrutural exquisito.

Os materiais de estrutura núcleo-casca máis comúns inclúen nanocubos ocos de seleniuro de cobalto, nanosferas de vanadato de sodio núcleo-casca codopadas con Fe-N, nanosferas de óxido de estaño ocas de carbono poroso e outras estruturas ocas.

Debido ás súas excelentes características, xunto coa súa estrutura oca e porosa máxica, expónse máis actividade electroquímica ao electrolito e, ao mesmo tempo, tamén promove en gran medida a mobilidade iónica do electrolito para lograr un almacenamento de enerxía eficiente.

A enerxía renovable a nivel mundial segue a aumentar, o que promove o desenvolvemento da tecnoloxía de almacenamento de enerxía.

Na actualidade, segundo os diferentes métodos de almacenamento de enerxía, pódese dividir en almacenamento de enerxía físico e almacenamento de enerxía electroquímico.

O almacenamento de enerxía electroquímica cumpre cos estándares de desenvolvemento da nova tecnoloxía de almacenamento de enerxía actual debido ás súas vantaxes de alta seguridade, baixo custo, uso flexible e alta eficiencia.

Segundo os diferentes procesos de reacción electroquímica, as fontes de enerxía de almacenamento de enerxía electroquímica inclúen principalmente supercondensadores, baterías de chumbo-ácido, baterías de combustible, baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de sodio-xofre e baterías de ións de litio.

Na tecnoloxía de almacenamento de enerxía, os materiais de eléctrodos flexibles atraeron o interese da investigación de moitos científicos debido á súa diversidade de deseños, flexibilidade, baixo custo e características de protección ambiental.

Os materiais de carbono teñen unha estabilidade termoquímica especial, boa condutividade eléctrica, alta resistencia e propiedades mecánicas pouco comúns, o que os converte en eléctrodos prometedores para baterías de ións de litio e baterías de ións de sodio.

Os supercondensadores pódense cargar e descargar rapidamente en condicións de alta corrente e teñen unha vida útil de máis de 100.000 veces. Son un novo tipo de fonte de alimentación especial de almacenamento de enerxía electroquímica entre condensadores e baterías.

Os supercondensadores teñen as características dunha alta densidade de potencia e unha alta taxa de conversión de enerxía, pero a súa densidade de enerxía é baixa, son propensos á autodescarga e son propensos a fugas de electrólitos cando se usan incorrectamente.

Aínda que a pila de combustible ten as características de non ter carga, ter gran capacidade, alta capacidade específica e amplo rango de potencia específica, a súa alta temperatura de funcionamento, o seu alto prezo de custo e a súa baixa eficiencia de conversión de enerxía fan que só estea dispoñible no proceso de comercialización e utilizada en determinadas categorías.

As baterías de chumbo-ácido teñen as vantaxes do baixo custo, a tecnoloxía madura e a alta seguridade, e foron amplamente utilizadas en estacións base de sinal, bicicletas eléctricas, automóbiles e almacenamento de enerxía en rede. As placas curtas, como a contaminación do medio ambiente, non poden cumprir os requisitos e estándares cada vez máis elevados das baterías de almacenamento de enerxía.

As baterías de Ni-MH teñen as características de forte versatilidade, baixo valor calorífico, gran capacidade de monómeros e características de descarga estables, pero o seu peso é relativamente grande e hai moitos problemas na xestión da serie de baterías, o que pode levar facilmente á fusión de separadores de baterías individuais.