Energie heeft, als de materiële basis voor de vooruitgang van de menselijke beschaving, altijd een belangrijke rol gespeeld.Het is een onmisbare garantie voor de ontwikkeling van de menselijke samenleving.Samen met water, lucht en voedsel vormt het de noodzakelijke voorwaarden voor het overleven van de mens en heeft het een directe invloed op het menselijk leven..

De ontwikkeling van de energie-industrie heeft twee grote transformaties ondergaan: van het ‘tijdperk’ van brandhout naar het ‘tijdperk’ van steenkool, en vervolgens van het ‘tijdperk’ van steenkool naar het ‘tijdperk’ van olie.Nu is de overgang begonnen van het ‘tijdperk’ van de olie naar het ‘tijdperk’ van de verandering in hernieuwbare energie.

Van steenkool als belangrijkste bron in het begin van de 19e eeuw tot olie als de belangrijkste bron in het midden van de 20e eeuw: de mens maakt al meer dan 200 jaar op grote schaal gebruik van fossiele energie.De mondiale energiestructuur die gedomineerd wordt door fossiele energie zorgt er echter voor dat de uitputting van de fossiele energie niet langer ver weg is.

De drie traditionele economische dragers van fossiele energie, vertegenwoordigd door steenkool, olie en aardgas, zullen in de nieuwe eeuw snel uitgeput raken, en tijdens het gebruik en de verbranding zal het ook het broeikaseffect veroorzaken, een grote hoeveelheid verontreinigende stoffen genereren en de aarde vervuilen. de omgeving.

Daarom is het absoluut noodzakelijk om de afhankelijkheid van fossiele energie te verminderen, de bestaande irrationele energiegebruiksstructuur te veranderen en te zoeken naar schone en vervuilingsvrije nieuwe hernieuwbare energie.

Momenteel omvat hernieuwbare energie voornamelijk windenergie, waterstofenergie, zonne-energie, biomassa-energie, getijdenenergie en geothermische energie, enz., en windenergie en zonne-energie zijn huidige onderzoekshotspots wereldwijd.

Het is echter nog steeds relatief moeilijk om een ​​efficiënte conversie en opslag van verschillende hernieuwbare energiebronnen te realiseren, waardoor het moeilijk wordt om deze effectief te gebruiken.

In dit geval is het, om het effectieve gebruik van nieuwe hernieuwbare energie door mensen te realiseren, noodzakelijk om handige en efficiënte nieuwe energieopslagtechnologie te ontwikkelen, die ook een hotspot is in het huidige sociale onderzoek.

Momenteel worden lithium-ionbatterijen, als een van de meest efficiënte secundaire batterijen, op grote schaal gebruikt in verschillende elektronische apparaten, transport, ruimtevaart en andere gebieden., zijn de ontwikkelingsvooruitzichten moeilijker.

De fysische en chemische eigenschappen van natrium en lithium zijn vergelijkbaar en het heeft een energieopslageffect.Vanwege zijn rijke inhoud, uniforme verdeling van de natriumbron en lage prijs, wordt het gebruikt in grootschalige energieopslagtechnologie, die de kenmerken heeft van lage kosten en hoge efficiëntie.

De positieve en negatieve elektrodematerialen van natriumionbatterijen omvatten gelaagde overgangsmetaalverbindingen, polyanionen, overgangsmetaalfosfaten, kern-schil nanodeeltjes, metaalverbindingen, harde koolstof, enz.

Omdat koolstof een element is met extreem overvloedige reserves in de natuur, is het goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen, en heeft het veel bekendheid gekregen als anodemateriaal voor natriumionbatterijen.

Afhankelijk van de mate van grafitisering kunnen koolstofmaterialen in twee categorieën worden verdeeld: grafietkoolstof en amorfe koolstof.

Harde koolstof, die tot de amorfe koolstof behoort, vertoont een specifieke natriumopslagcapaciteit van 300 mAh/g, terwijl koolstofmaterialen met een hogere graad van grafitisering moeilijk commercieel te gebruiken zijn vanwege hun grote oppervlak en sterke orde.

Daarom worden niet-grafiet harde koolstofmaterialen voornamelijk gebruikt in praktisch onderzoek.

Om de prestaties van anodematerialen voor natriumionbatterijen verder te verbeteren, kunnen de hydrofiliciteit en geleidbaarheid van koolstofmaterialen worden verbeterd door middel van ionendotering of compounding, wat de energieopslagprestaties van koolstofmaterialen kan verbeteren.

Als het negatieve elektrodemateriaal van een natriumionenbatterij zijn metaalverbindingen voornamelijk tweedimensionale metaalcarbiden en nitriden.Naast de uitstekende eigenschappen van tweedimensionale materialen, kunnen ze niet alleen natriumionen opslaan door adsorptie en intercalatie, maar ook combineren met natrium. De combinatie van ionen genereert capaciteit door chemische reacties voor energieopslag, waardoor het energieopslageffect aanzienlijk wordt verbeterd.

Vanwege de hoge kosten en de moeilijkheid om metaalverbindingen te verkrijgen, zijn koolstofmaterialen nog steeds de belangrijkste anodematerialen voor natriumionbatterijen.

De opkomst van gelaagde overgangsmetaalverbindingen vindt plaats na de ontdekking van grafeen.Momenteel omvatten de tweedimensionale materialen die worden gebruikt in natrium-ionbatterijen voornamelijk op natrium gebaseerde gelaagde NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, enz.

Polyanonische positieve elektrodematerialen werden voor het eerst gebruikt in positieve elektroden van lithium-ionbatterijen en werden later gebruikt in natriumionbatterijen.Belangrijke representatieve materialen zijn olivijnkristallen zoals NaMnPO4 en NaFePO4.

Overgangsmetaalfosfaat werd oorspronkelijk gebruikt als positief elektrodemateriaal in lithium-ionbatterijen.Het syntheseproces is relatief volwassen en er zijn veel kristalstructuren.

Fosfaat bouwt als driedimensionale structuur een raamwerkstructuur op die bevorderlijk is voor de de-intercalatie en intercalatie van natriumionen, en verkrijgt vervolgens natriumionbatterijen met uitstekende energieopslagprestaties.

Het core-shell-structuurmateriaal is een nieuw type anodemateriaal voor natriumionbatterijen dat pas de laatste jaren opduikt.Gebaseerd op de originele materialen, heeft dit materiaal een holle structuur bereikt door een voortreffelijk structureel ontwerp.

De meest voorkomende materialen met kern-schilstructuur omvatten holle kobaltselenide nanokubussen, Fe-N geco-gedoteerde kern-schil natriumvanadaat nanosferen, poreuze koolstof holle tinoxide nanosferen en andere holle structuren.

Vanwege de uitstekende eigenschappen, in combinatie met de magische holle en poreuze structuur, wordt er meer elektrochemische activiteit blootgesteld aan de elektrolyt, en tegelijkertijd bevordert het ook de ionenmobiliteit van de elektrolyt aanzienlijk om een ​​efficiënte energieopslag te bereiken.

De mondiale hernieuwbare energie blijft stijgen, wat de ontwikkeling van energieopslagtechnologie bevordert.

Momenteel kan het volgens verschillende energieopslagmethoden worden onderverdeeld in fysieke energieopslag en elektrochemische energieopslag.

Elektrochemische energieopslag voldoet aan de ontwikkelingsnormen van de huidige nieuwe energieopslagtechnologie vanwege de voordelen van hoge veiligheid, lage kosten, flexibel gebruik en hoge efficiëntie.

Volgens verschillende elektrochemische reactieprocessen omvatten energiebronnen voor elektrochemische energieopslag voornamelijk supercondensatoren, loodzuurbatterijen, brandstofbatterijen, nikkel-metaalhydridebatterijen, natriumzwavelbatterijen en lithium-ionbatterijen.

Op het gebied van energieopslagtechnologie hebben flexibele elektrodematerialen de onderzoeksinteresses van veel wetenschappers aangetrokken vanwege hun ontwerpdiversiteit, flexibiliteit, lage kosten en milieubeschermingseigenschappen.

Koolstofmaterialen hebben een speciale thermochemische stabiliteit, goede elektrische geleidbaarheid, hoge sterkte en ongebruikelijke mechanische eigenschappen, waardoor ze veelbelovende elektroden zijn voor lithium-ionbatterijen en natrium-ionbatterijen.

Supercondensatoren kunnen snel worden opgeladen en ontladen onder hoge stroomomstandigheden en hebben een cycluslevensduur van meer dan 100.000 keer.Ze zijn een nieuw type speciale elektrochemische energieopslagvoeding tussen condensatoren en batterijen.

Supercondensatoren hebben de kenmerken van een hoge vermogensdichtheid en een hoge energieconversie, maar hun energiedichtheid is laag, ze zijn gevoelig voor zelfontlading en zijn gevoelig voor elektrolytlekkage bij onjuist gebruik.

Hoewel de brandstofcel de kenmerken heeft van niet opladen, een grote capaciteit, een hoge specifieke capaciteit en een breed specifiek vermogensbereik, zorgen de hoge bedrijfstemperatuur, de hoge kostprijs en de lage energieconversie-efficiëntie ervoor dat deze alleen beschikbaar is in het commercialiseringsproces.gebruikt in bepaalde categorieën.

Loodzuurbatterijen hebben de voordelen van lage kosten, volwassen technologie en hoge veiligheid, en worden op grote schaal gebruikt in signaalbasisstations, elektrische fietsen, auto's en energieopslag op het elektriciteitsnet.Shortboards zoals het vervuilen van het milieu kunnen niet voldoen aan de steeds hogere eisen en normen voor energieopslagbatterijen.

Ni-MH-batterijen hebben de kenmerken van sterke veelzijdigheid, lage calorische waarde, grote monomeercapaciteit en stabiele ontladingskarakteristieken, maar hun gewicht is relatief groot en er zijn veel problemen bij het beheer van batterijseries, die gemakkelijk kunnen leiden tot het smelten van afzonderlijke batterijen. batterijscheiders.