Енергията, като материална основа за прогреса на човешката цивилизация, винаги е играла важна роля. Тя е незаменима гаранция за развитието на човешкото общество. Заедно с водата, въздуха и храната, тя представлява необходимите условия за оцеляване на човека и пряко влияе върху човешкия живот.

Развитието на енергийната индустрия претърпя две основни трансформации - от „ерата“ на дървата за огрев до „ерата“ на въглищата, а след това от „ерата“ на въглищата до „ерата“ на петрола. Сега тя започна да се променя от „ерата“ на петрола към „ерата“ на възобновяемата енергия.

От въглищата като основен източник в началото на 19 век до петрола като основен източник в средата на 20 век, хората използват изкопаема енергия в голям мащаб повече от 200 години. Глобалната енергийна структура, доминирана от изкопаема енергия, обаче вече не е далеч от изчерпването на изкопаемата енергия.

Трите традиционни икономически носителя на изкопаема енергия, представени от въглища, петрол и природен газ, ще бъдат бързо изчерпани през новия век, а в процеса на употреба и горене те ще причинят и парников ефект, ще генерират голямо количество замърсители и ще замърсят околната среда.

Ето защо е наложително да се намали зависимостта от изкопаеми горива, да се промени съществуващата нерационална структура на потребление на енергия и да се търсят чисти и без замърсяване нови възобновяеми енергийни източници.

В момента възобновяемата енергия включва главно вятърна енергия, водородна енергия, слънчева енергия, енергия от биомаса, енергия от приливи и отливи и геотермална енергия и др., а вятърната и слънчевата енергия са актуални изследователски горещи точки в световен мащаб.

Въпреки това, все още е сравнително трудно да се постигне ефективно преобразуване и съхранение на различни възобновяеми енергийни източници, което затруднява ефективното им използване.

В този случай, за да се реализира ефективното използване на нова възобновяема енергия от хората, е необходимо да се разработи удобна и ефикасна нова технология за съхранение на енергия, която е и гореща точка в съвременните социални изследвания.

В момента литиево-йонните батерии, като едни от най-ефективните вторични батерии, се използват широко в различни електронни устройства, транспорт, аерокосмическа и други области, перспективите за развитие са по-трудни.

Физическите и химичните свойства на натрия и лития са сходни и имат ефект на съхранение на енергия. Поради богатото си съдържание, равномерното разпределение на източника на натрий и ниската цена, той се използва в технологии за съхранение на енергия в голям мащаб, като се характеризира с ниска цена и висока ефективност.

Материалите на положителните и отрицателните електроди на натриево-йонните батерии включват слоести съединения на преходни метали, полианиони, фосфати на преходни метали, наночастици тип „ядро-обвивка“, метални съединения, твърд въглерод и др.

Като елемент с изключително изобилни запаси в природата, въглеродът е евтин и лесен за получаване и е спечелил голямо признание като аноден материал за натриево-йонни батерии.

Според степента на графитизация, въглеродните материали могат да бъдат разделени на две категории: графитен въглерод и аморфен въглерод.

Твърдият въглерод, който принадлежи към аморфния въглерод, показва специфичен капацитет за съхранение на натрий от 300 mAh/g, докато въглеродните материали с по-висока степен на графитизация са трудни за търговско приложение поради голямата им повърхност и силна подреденост.

Следователно, в практическите изследвания се използват главно неграфитни твърди въглеродни материали.

За да се подобри допълнително производителността на анодните материали за натриево-йонни батерии, хидрофилността и проводимостта на въглеродните материали могат да бъдат подобрени чрез йонно легиране или смесване, което може да подобри производителността на въглеродните материали за съхранение на енергия.

Като материал за отрицателния електрод на натриево-йонните батерии, металните съединения са предимно двуизмерни метални карбиди и нитриди. В допълнение към отличните характеристики на двуизмерните материали, те могат не само да съхраняват натриеви йони чрез адсорбция и интеркалация, но и да се комбинират с натрий. Комбинацията от йони генерира капацитет чрез химични реакции за съхранение на енергия, като по този начин значително подобрява ефекта на съхранение на енергия.

Поради високата цена и трудността при получаване на метални съединения, въглеродните материали все още са основните анодни материали за натриево-йонните батерии.

Възходът на слоестите съединения на преходните метали е след откриването на графена. В момента двуизмерните материали, използвани в натриево-йонните батерии, включват главно слоести натриеви NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 и др.

Полианионните материали за положителни електроди са използвани за първи път в положителните електроди на литиево-йонни батерии, а по-късно са използвани в натриево-йонни батерии. Важни представителни материали включват оливинови кристали, като NaMnPO4 и NaFePO4.

Преходният метален фосфат първоначално е бил използван като материал за положителни електроди в литиево-йонни батерии. Процесът на синтез е сравнително зрял и има много кристални структури.

Фосфатът, като триизмерна структура, изгражда рамкова структура, която е благоприятна за деинтеркалация и интеркалация на натриеви йони, и след това получава натриево-йонни батерии с отлични характеристики на съхранение на енергия.

Материалът със структура „ядро-обвивка“ е нов вид аноден материал за натриево-йонни батерии, който се появи едва през последните години. Базиран на оригиналните материали, този материал е постигнал куха структура чрез изискан структурен дизайн.

По-често срещаните материали със структура ядро-обвивка включват кухи нанокубчета от кобалтов селенид, Fe-N ко-дотирани наносфери от ядро-обвивка натриев ванадат, порести кухи наносфери от въглероден калаен оксид и други кухи структури.

Благодарение на отличните си характеристики, съчетани с магическата куха и пореста структура, електролитът е изложен на повече електрохимична активност и същевременно значително насърчава йонната мобилност на електролита, за да се постигне ефективно съхранение на енергия.

Глобалният пазар на възобновяема енергия продължава да расте, което насърчава развитието на технологии за съхранение на енергия.

В момента, според различните методи за съхранение на енергия, то може да бъде разделено на физическо съхранение на енергия и електрохимично съхранение на енергия.

Електрохимичното съхранение на енергия отговаря на стандартите за развитие на днешните нови технологии за съхранение на енергия, благодарение на предимствата си като висока безопасност, ниска цена, гъвкаво използване и висока ефективност.

Според различните електрохимични реакционни процеси, електрохимичните източници на енергия за съхранение включват главно суперкондензатори, оловно-киселинни батерии, горивни батерии, никел-метални хидридни батерии, натриево-серни батерии и литиево-йонни батерии.

В технологията за съхранение на енергия, гъвкавите електродни материали са привлекли изследователския интерес на много учени поради разнообразието на дизайна, гъвкавостта, ниската цена и характеристиките за опазване на околната среда.

Въглеродните материали имат специална термохимична стабилност, добра електрическа проводимост, висока якост и необичайни механични свойства, което ги прави обещаващи електроди за литиево-йонни батерии и натриево-йонни батерии.

Суперкондензаторите могат да се зареждат и разреждат бързо при условия на висок ток и имат живот на цикъла над 100 000 пъти. Те са нов тип специално електрохимично захранване за съхранение на енергия между кондензатори и батерии.

Суперкондензаторите имат характеристиките на висока плътност на мощността и висок коефициент на преобразуване на енергията, но енергийната им плътност е ниска, те са склонни към саморазреждане и са склонни към изтичане на електролит при неправилна употреба.

Въпреки че горивната клетка има характеристиките на липса на зареждане, голям капацитет, висок специфичен капацитет и широк диапазон на специфична мощност, високата ѝ работна температура, високата себестойност и ниската ефективност на преобразуване на енергия я правят достъпна в процеса на комерсиализация, използвана само в определени категории.

Оловно-киселинните батерии имат предимствата на ниска цена, зряла технология и висока безопасност и се използват широко в базови станции за сигнали, електрически велосипеди, автомобили и мрежови акумулатори. Късите платки, които замърсяват околната среда, не могат да отговорят на все по-високите изисквания и стандарти за батерии за съхранение на енергия.

Ni-MH батериите се характеризират с висока гъвкавост, ниска калоричност, голям мономерен капацитет и стабилни характеристики на разреждане, но теглото им е сравнително голямо и има много проблеми при управлението на сериите батерии, което лесно може да доведе до топене на сепараторите на отделните батерии.