Энергия адамзат өркениетінің дамуының материалдық негізі ретінде әрқашан маңызды рөл атқарды. Ол адамзат қоғамының дамуының ажырамас кепілі болып табылады. Су, ауа және азық-түлікпен бірге ол адамның өмір сүруі үшін қажетті жағдайларды құрайды және адам өміріне тікелей әсер етеді.

Энергетика саласының дамуы отын «дәуірінен» көмір «дәуіріне», содан кейін көмір «дәуірінен» мұнай «дәуіріне» дейін екі үлкен өзгерісті бастан кешірді. Енді ол мұнай «дәуірінен» жаңартылатын энергия көздерінің өзгеріс «дәуіріне» ауыса бастады.

19 ғасырдың басындағы көмірдің негізгі көзі ретіндегі көмірден бастап, 20 ғасырдың ортасындағы мұнайдың негізгі көзі ретіндегі мұнайға дейін, адамдар 200 жылдан астам уақыт бойы қазба энергиясын кең көлемде пайдаланып келеді. Дегенмен, қазба энергиясы басым жаһандық энергетикалық құрылым оны қазба энергиясының сарқылуынан алыстамайды.

Көмір, мұнай және табиғи газ сияқты үш дәстүрлі қазба энергиясының экономикалық тасымалдаушылары жаңа ғасырда тез таусылады, ал пайдалану және жағу процесінде парниктік әсерді тудырады, көп мөлшерде ластаушы заттар түзеді және қоршаған ортаны ластайды.

Сондықтан қазба энергиясына тәуелділікті азайту, энергияны пайдаланудың қолданыстағы рационалды емес құрылымын өзгерту және таза және ластанудан таза жаңа жаңартылатын энергия көздерін іздеу өте маңызды.

Қазіргі уақытта жаңартылатын энергия көздеріне негізінен жел энергиясы, сутегі энергиясы, күн энергиясы, биомасса энергиясы, толқын энергиясы және геотермалдық энергия және т.б. кіреді, ал жел энергиясы мен күн энергиясы бүкіл әлемде зерттеудің ең маңызды нүктелері болып табылады.

Дегенмен, әртүрлі жаңартылатын энергия көздерін тиімді түрлендіру және сақтау әлі де салыстырмалы түрде қиын, сондықтан оларды тиімді пайдалану қиын.

Бұл жағдайда, адамдардың жаңа жаңартылатын энергияны тиімді пайдалануын жүзеге асыру үшін ыңғайлы және тиімді жаңа энергия сақтау технологиясын әзірлеу қажет, бұл қазіргі әлеуметтік зерттеулердің де өзекті мәселесі болып табылады.

Қазіргі уақытта литий-ионды батареялар, ең тиімді екінші реттік батареялардың бірі ретінде, әртүрлі электрондық құрылғыларда, көлікте, аэроғарыштық және басқа да салаларда кеңінен қолданылып келеді, даму перспективалары қиынырақ.

Натрий мен литийдің физикалық және химиялық қасиеттері ұқсас және энергия сақтау әсері бар. Оның бай құрамы, натрий көзінің біркелкі таралуы және төмен бағасының арқасында ол арзан және жоғары тиімділік сипаттамаларына ие ірі көлемді энергия сақтау технологиясында қолданылады.

Натрий ионды батареяларының оң және теріс электрод материалдарына қабатты өтпелі металл қосылыстары, полианиондар, өтпелі металл фосфаттары, өзек қабығы нанобөлшектер, металл қосылыстары, қатты көміртек және т.б. жатады.

Табиғатта өте мол қорлары бар элемент ретінде көміртек арзан және алу оңай, және натрий-ионды батареялар үшін анод материалы ретінде кеңінен танылды.

Графиттелу дәрежесіне сәйкес көміртекті материалдарды екі санатқа бөлуге болады: графиттік көміртек және аморфты көміртек.

Аморфты көміртектерге жататын қатты көміртектің натрий сақтау сыйымдылығы 300 мАч/г құрайды, ал графиттелу дәрежесі жоғары көміртекті материалдарды үлкен беткі ауданы мен берік тәртібіне байланысты коммерциялық мақсатта пайдалану қиын.

Сондықтан графитсіз қатты көміртекті материалдар негізінен практикалық зерттеулерде қолданылады.

Натрий-ионды аккумуляторларға арналған анод материалдарының өнімділігін одан әрі жақсарту үшін көміртекті материалдардың гидрофильділігі мен өткізгіштігін иондық қоспалар немесе қосылыстар арқылы жақсартуға болады, бұл көміртекті материалдардың энергия сақтау өнімділігін арттыра алады.

Натрий ионды батареясының теріс электродты материалы ретінде металл қосылыстары негізінен екі өлшемді металл карбидтері мен нитридтері болып табылады. Екі өлшемді материалдардың тамаша сипаттамаларынан басқа, олар натрий иондарын адсорбция және интеркаляция арқылы ғана емес, сонымен қатар натриймен де біріктіре алады. Иондардың тіркесімі энергияны сақтау үшін химиялық реакциялар арқылы сыйымдылық тудырады, осылайша энергияны сақтау әсерін айтарлықтай жақсартады.

Металл қосылыстарын алудың қымбаттығына және қиындығына байланысты көміртекті материалдар әлі күнге дейін натрий-ионды аккумуляторлар үшін негізгі анодтық материалдар болып табылады.

Қабатталған өтпелі металл қосылыстарының пайда болуы графеннің ашылуынан кейін орын алды. Қазіргі уақытта натрий-ионды батареяларда қолданылатын екі өлшемді материалдарға негізінен натрий негізіндегі қабатталған NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 және т.б. жатады.

Полианионды оң электродты материалдар алғаш рет литий-ионды батареяның оң электродтарында қолданылды, кейінірек натрий-ионды батареяларда қолданылды. Маңызды өкілдік материалдарға NaMnPO4 және NaFePO4 сияқты оливин кристалдары жатады.

Өтпелі металл фосфаты бастапқыда литий-ионды батареяларда оң электрод материалы ретінде пайдаланылды. Синтез процесі салыстырмалы түрде жетілген және көптеген кристалдық құрылымдар бар.

Фосфат үш өлшемді құрылым ретінде натрий иондарының деинтеркаляциясы мен интеркаляциясына қолайлы қаңқалық құрылымды құрайды, содан кейін энергияны сақтаудың тамаша өнімділігі бар натрий-иондық батареяларды алады.

Өзек-қабық құрылымы материалы - натрий-ионды аккумуляторларға арналған анод материалының жаңа түрі, ол соңғы жылдары ғана пайда болды. Бастапқы материалдарға сүйене отырып, бұл материал керемет құрылымдық дизайн арқылы қуыс құрылымға қол жеткізді.

Ең көп таралған ядро-қабық құрылымдық материалдарына қуыс кобальт селенидті нанокубтар, Fe-N бірлескен легирленген ядро-қабық натрий ванадаты наносфералары, кеуекті көміртек қуыс қалайы оксиді наносфералары және басқа да қуыс құрылымдар жатады.

Сиқырлы қуыс және кеуекті құрылымымен бірге тамаша сипаттамаларының арқасында электролитке көбірек электрохимиялық белсенділік түседі, сонымен бірге тиімді энергия сақтау үшін электролиттің иондық қозғалғыштығын айтарлықтай арттырады.

Әлемдік жаңартылатын энергия көздерінің саны артып келеді, бұл энергия сақтау технологияларының дамуына ықпал етеді.

Қазіргі уақытта энергияны сақтаудың әртүрлі әдістеріне сәйкес, оны физикалық энергияны сақтау және электрохимиялық энергияны сақтау деп бөлуге болады.

Электрохимиялық энергия сақтау жоғары қауіпсіздік, төмен баға, икемді пайдалану және жоғары тиімділік сияқты артықшылықтарына байланысты бүгінгі жаңа энергия сақтау технологиясының даму стандарттарына сәйкес келеді.

Әртүрлі электрохимиялық реакция процестеріне сәйкес, электрохимиялық энергия сақтау қуат көздеріне негізінен суперконденсаторлар, қорғасын-қышқылды батареялар, отын қуаты батареялары, никель-металл гидридті батареялар, натрий-күкірт батареялары және литий-ионды батареялар жатады.

Энергия сақтау технологиясында икемді электрод материалдары дизайнның әртүрлілігіне, икемділігіне, арзандығына және қоршаған ортаны қорғау сипаттамаларына байланысты көптеген ғалымдардың зерттеу қызығушылығын тудырды.

Көміртекті материалдар ерекше термохимиялық тұрақтылыққа, жақсы электр өткізгіштікке, жоғары беріктікке және ерекше механикалық қасиеттерге ие, бұл оларды литий-ионды және натрий-ионды батареялар үшін перспективалы электродтар етеді.

Суперконденсаторларды жоғары ток жағдайында тез зарядтауға және разрядтауға болады, және олардың циклдік қызмет ету мерзімі 100 000 реттен асады. Олар конденсаторлар мен батареялар арасындағы арнайы электрохимиялық энергия сақтау қуат көзінің жаңа түрі.

Суперконденсаторлар жоғары қуат тығыздығы және жоғары энергия түрлендіру жылдамдығы сияқты сипаттамаларға ие, бірақ олардың энергия тығыздығы төмен, олар өздігінен разрядталуға бейім және дұрыс пайдаланбаған кезде электролиттердің ағып кетуіне бейім.

Отын қуат элементі зарядталмау, үлкен сыйымдылық, жоғары меншікті сыйымдылық және кең меншікті қуат диапазоны сияқты сипаттамаларға ие болғанымен, оның жоғары жұмыс температурасы, жоғары құны және төмен энергия түрлендіру тиімділігі оны тек белгілі бір санаттарда ғана коммерцияландыру процесінде қолжетімді етеді.

Қорғасын-қышқылды аккумуляторлардың арзан, жетілген технология және жоғары қауіпсіздік сияқты артықшылықтары бар және олар сигнал базалық станцияларында, электрлік велосипедтерде, автомобильдерде және электрлік энергия сақтау жүйелерінде кеңінен қолданылады. Қоршаған ортаны ластау сияқты қысқа платалар энергия сақтау батареяларына қойылатын талаптар мен стандарттарға сай келе бермейді.

Ni-MH батареялары күшті әмбебаптық, төмен жылу құндылығы, үлкен мономер сыйымдылығы және тұрақты разряд сипаттамаларына ие, бірақ олардың салмағы салыстырмалы түрде үлкен және батареяларды сериялық басқаруда көптеген мәселелер бар, бұл бір батарея бөлгіштерінің балқуына әкелуі мүмкін.