Енергија, као материјална основа за напредак људске цивилизације, одувек је играла важну улогу. Она је неопходна гаранција развоја људског друштва. Заједно са водом, ваздухом и храном, она представља неопходне услове за људски опстанак и директно утиче на људски живот.

Развој енергетске индустрије је прошао кроз две велике трансформације од „ере“ огревног дрвета до „ере“ угља, а затим од „ере“ угља до „ере“ нафте. Сада је почела промена од „ере“ нафте до „ере“ обновљивих извора енергије.

Од угља као главног извора почетком 19. века до нафте као главног извора средином 20. века, људи користе фосилну енергију у великим размерама већ више од 200 година. Међутим, глобална енергетска структура којом доминирају фосилна горива чини је близу исцрпљивања фосилне енергије.

Три традиционална фосилна енергетска носиоца, представљена угљем, нафтом и природним гасом, брзо ће се исцрпети у новом веку, а у процесу коришћења и сагоревања, изазваће се и ефекат стаклене баште, генерисати велику количину загађујућих материја и загадити животну средину.

Стога је императив смањити зависност од фосилних горива, променити постојећу ирационалну структуру коришћења енергије и тражити чисте и загађујуће нове обновљиве изворе енергије.

Тренутно, обновљиви извори енергије углавном укључују енергију ветра, енергију водоника, соларну енергију, енергију биомасе, енергију плиме и осеке и геотермалну енергију итд., а енергија ветра и соларна енергија су актуелне истраживачке жаришта широм света.

Међутим, још увек је релативно тешко постићи ефикасну конверзију и складиштење различитих обновљивих извора енергије, што отежава њихово ефикасно коришћење.

У овом случају, да би се остварило ефикасно коришћење нових обновљивих извора енергије од стране људи, неопходно је развити погодну и ефикасну нову технологију складиштења енергије, што је такође жариште у актуелним друштвеним истраживањима.

Тренутно, литијум-јонске батерије, као једна од најефикаснијих секундарних батерија, широко се користе у разним електронским уређајима, транспорту, ваздухопловству и другим областима, а изгледи за развој су све тежи.

Физичка и хемијска својства натријума и литијума су слична, а имају и ефекат складиштења енергије. Због богатог садржаја, равномерне расподеле извора натријума и ниске цене, користи се у технологији складиштења енергије великих размера, која има карактеристике ниске цене и високе ефикасности.

Материјали позитивних и негативних електрода натријум-јонских батерија укључују слојевита једињења прелазних метала, полиањоне, фосфате прелазних метала, наночестице језгра и љуске, метална једињења, тврди угљеник итд.

Као елемент са изузетно обилним резервама у природи, угљеник је јефтин и лако се добија, те је стекао велико признање као анодни материјал за натријум-јонске батерије.

Према степену графитизације, угљенични материјали могу се поделити у две категорије: графитни угљеник и аморфни угљеник.

Тврди угљеник, који припада аморфном угљенику, показује специфични капацитет складиштења натријума од 300mAh/g, док је угљеничном материјалу са вишим степеном графитизације тешко пронаћи комерцијалну употребу због велике површине и јаког реда.

Стога се у практичним истраживањима углавном користе тврди угљенични материјали који нису графит.

Да би се додатно побољшале перформансе анодних материјала за натријум-јонске батерије, хидрофилност и проводљивост угљеничних материјала могу се побољшати јонским допирањем или мешањем, што може побољшати перформансе складиштења енергије угљеничних материјала.

Као материјал негативне електроде натријум-јонске батерије, метална једињења су углавном дводимензионални метални карбиди и нитриди. Поред одличних карактеристика дводимензионалних материјала, они не само да могу да складиште јоне натријума адсорпцијом и интеркалацијом, већ се и комбинују са натријумом. Комбинација јона генерише капацитет кроз хемијске реакције за складиштење енергије, чиме се значајно побољшава ефекат складиштења енергије.

Због високе цене и тешкоће у добијању металних једињења, угљенични материјали су и даље главни анодни материјали за натријум-јонске батерије.

Пораст слојевитих једињења прелазних метала дошао је након открића графена. Тренутно, дводимензионални материјали који се користе у натријум-јонским батеријама углавном укључују слојевите NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 итд. на бази натријума.

Полианјонски материјали за позитивне електроде су прво коришћени у позитивним електродама литијум-јонских батерија, а касније су коришћени у натријум-јонским батеријама. Важни репрезентативни материјали укључују кристале оливина као што су NaMnPO4 и NaFePO4.

Фосфат прелазног метала је првобитно коришћен као материјал за позитивне електроде у литијум-јонским батеријама. Процес синтезе је релативно зрео и постоји много кристалних структура.

Фосфат, као тродимензионална структура, гради оквирну структуру која погодује деинтеркалацији и интеркалацији натријумових јона, а затим добија натријум-јонске батерије са одличним перформансама складиштења енергије.

Материјал са структуром језгра и љуске је нови тип анодног материјала за натријум-јонске батерије који се појавио тек последњих година. Заснован на оригиналним материјалима, овај материјал је постигао шупљу структуру захваљујући изврсном структурном дизајну.

Уобичајенији материјали са структуром језгро-љуска укључују шупље нанокоцке кобалт селенида, наносфере натријум ванадата са језгром и љуском допираним Fe-N, порозне шупље наносфере од угљеничног оксида и калаја и друге шупље структуре.

Због својих одличних карактеристика, заједно са магичном шупљом и порозном структуром, електролит је изложен већој електрохемијској активности, а истовремено значајно подстиче мобилност јона електролита како би се постигло ефикасно складиштење енергије.

Глобални обновљиви извори енергије настављају да расту, подстичући развој технологије складиштења енергије.

Тренутно, према различитим методама складиштења енергије, може се поделити на физичко складиштење енергије и електрохемијско складиштење енергије.

Електрохемијско складиштење енергије испуњава стандарде развоја данашње нове технологије складиштења енергије због својих предности високе безбедности, ниске цене, флексибилне употребе и високе ефикасности.

Према различитим електрохемијским реакцијским процесима, електрохемијски извори енергије за складиштење углавном укључују суперкондензаторе, оловно-киселинске батерије, батерије на гориво, никл-метал хидридне батерије, натријум-сумпорне батерије и литијум-јонске батерије.

У технологији складиштења енергије, флексибилни електродни материјали привукли су интересовање многих научника због своје разноликости дизајна, флексибилности, ниске цене и карактеристика заштите животне средине.

Угљенични материјали имају посебну термохемијску стабилност, добру електричну проводљивост, високу чврстоћу и неуобичајена механичка својства, што их чини перспективним електродама за литијум-јонске батерије и натријум-јонске батерије.

Суперкондензатори се могу брзо пунити и празнити под условима високе струје и имају век трајања од преко 100.000 пута. Они су нови тип специјалног електрохемијског напајања за складиштење енергије између кондензатора и батерија.

Суперкондензатори имају карактеристике високе густине снаге и високе стопе конверзије енергије, али им је густина енергије ниска, склони су самопражњењу и цурењу електролита када се неправилно користе.

Иако горивна ћелија има карактеристике да се не пуни, има велики капацитет, висок специфични капацитет и широк опсег специфичне снаге, њена висока радна температура, висока цена и ниска ефикасност конверзије енергије чине је доступном у процесу комерцијализације, која се користи само у одређеним категоријама.

Оловно-киселинске батерије имају предности ниске цене, зреле технологије и високе безбедности, и широко се користе у сигналним базним станицама, електричним бициклима, аутомобилима и складиштењу енергије у мрежним уређајима. Кратке плоче, попут оних које загађују животну средину, не могу да испуне све веће захтеве и стандарде за батерије за складиштење енергије.

Ni-MH батерије имају карактеристике велике свестраности, ниске калоријске вредности, великог капацитета мономера и стабилних карактеристика пражњења, али њихова тежина је релативно велика и постоји много проблема у управљању серијама батерија, што лако може довести до топљења сепаратора појединачних батерија.