إن الطاقة، باعتبارها الأساس المادي لتقدم الحضارة الإنسانية، لعبت دائما دورا هاما.إنها ضمانة لا غنى عنها لتطور المجتمع البشري.فهو يشكل، إلى جانب الماء والهواء والغذاء، الظروف الضرورية لبقاء الإنسان ويؤثر بشكل مباشر على حياة الإنسان..

لقد شهد تطور صناعة الطاقة تحولين رئيسيين من "عصر" الحطب إلى "عصر" الفحم، ثم من "عصر" الفحم إلى "عصر" النفط.والآن بدأ التحول من "عصر" النفط إلى "عصر" تغير الطاقة المتجددة.

من الفحم كمصدر رئيسي في أوائل القرن التاسع عشر إلى النفط كمصدر رئيسي في منتصف القرن العشرين، استخدم البشر الطاقة الأحفورية على نطاق واسع لأكثر من 200 عام.ومع ذلك، فإن هيكل الطاقة العالمي الذي تهيمن عليه الطاقة الأحفورية، لم يعد بعيدا عن استنزاف الطاقة الأحفورية.

سوف يتم استنفاد الناقلات الاقتصادية التقليدية للطاقة الأحفورية الثلاث المتمثلة في الفحم والنفط والغاز الطبيعي بسرعة في القرن الجديد، كما أنها ستتسبب في عملية الاستخدام والاحتراق في ظاهرة الاحتباس الحراري، وتولد كمية كبيرة من الملوثات، وتلوث البيئة. البيئة.

ولذلك، لا بد من تقليل الاعتماد على الطاقة الأحفورية، وتغيير هيكل الاستخدام غير الرشيد الحالي للطاقة، والبحث عن طاقة متجددة جديدة نظيفة وخالية من التلوث.

في الوقت الحاضر، تشمل الطاقة المتجددة بشكل أساسي طاقة الرياح والطاقة الهيدروجينية والطاقة الشمسية وطاقة الكتلة الحيوية وطاقة المد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية وما إلى ذلك، وتعد طاقة الرياح والطاقة الشمسية من النقاط الساخنة للبحث الحالي في جميع أنحاء العالم.

ومع ذلك، لا يزال من الصعب نسبيًا تحقيق تحويل وتخزين فعال لمصادر الطاقة المتجددة المختلفة، مما يجعل من الصعب استخدامها بفعالية.

في هذه الحالة، من أجل تحقيق الاستخدام الفعال للطاقة المتجددة الجديدة من قبل البشر، من الضروري تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة المريحة والفعالة، والتي تعد أيضًا نقطة ساخنة في الأبحاث الاجتماعية الحالية.

في الوقت الحاضر، تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون، باعتبارها واحدة من البطاريات الثانوية الأكثر كفاءة، على نطاق واسع في مختلف الأجهزة الإلكترونية والنقل والفضاء وغيرها من المجالات.، آفاق التنمية أكثر صعوبة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للصوديوم والليثيوم متشابهة، ولها تأثير تخزين الطاقة.بسبب محتواه الغني، والتوزيع الموحد لمصدر الصوديوم، والسعر المنخفض، يتم استخدامه في تكنولوجيا تخزين الطاقة على نطاق واسع، والتي تتميز بخصائص التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية.

تشتمل مواد القطب الموجب والسالب لبطاريات أيون الصوديوم على مركبات معدنية انتقالية ذات طبقات، والأيونات المتعددة، وفوسفات المعدن الانتقالي، والجسيمات النانوية ذات القشرة الأساسية، والمركبات المعدنية، والكربون الصلب، وما إلى ذلك.

باعتباره عنصرًا يتمتع باحتياطيات وفيرة للغاية في الطبيعة، فإن الكربون رخيص الثمن وسهل الحصول عليه، وقد اكتسب الكثير من الاعتراف باعتباره مادة أنودية لبطاريات أيونات الصوديوم.

وفقا لدرجة الجرافيت، يمكن تقسيم مواد الكربون إلى فئتين: الكربون الجرافيتي والكربون غير المتبلور.

يُظهر الكربون الصلب، الذي ينتمي إلى الكربون غير المتبلور، سعة تخزين محددة للصوديوم تبلغ 300 مللي أمبير/جرام، في حين يصعب تلبية المواد الكربونية ذات الدرجة الأعلى من الجرافيت للاستخدام التجاري نظرًا لمساحة سطحها الكبيرة وترتيبها القوي.

ولذلك، تستخدم المواد الكربونية الصلبة غير الجرافيت بشكل رئيسي في البحوث العملية.

من أجل زيادة تحسين أداء مواد الأنود لبطاريات أيونات الصوديوم، يمكن تحسين محبة الماء وتوصيل المواد الكربونية عن طريق المنشطات الأيونية أو التركيب، مما يمكن أن يعزز أداء تخزين الطاقة لمواد الكربون.

باعتبارها مادة القطب السالب لبطارية أيون الصوديوم، فإن المركبات المعدنية تتكون أساسًا من كربيدات معدنية ثنائية الأبعاد ونيتريدات.بالإضافة إلى الخصائص الممتازة للمواد ثنائية الأبعاد، فإنها لا تستطيع فقط تخزين أيونات الصوديوم عن طريق الامتزاز والإقحام، ولكن أيضًا تتحد مع الصوديوم. ويولد مزيج الأيونات سعة من خلال التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة، وبالتالي تحسين تأثير تخزين الطاقة بشكل كبير.

ونظرًا للتكلفة العالية وصعوبة الحصول على المركبات المعدنية، لا تزال المواد الكربونية هي المواد الرئيسية للأنود في بطاريات أيونات الصوديوم.

ظهور المركبات المعدنية الانتقالية ذات الطبقات جاء بعد اكتشاف الجرافين.في الوقت الحاضر، تشمل المواد ثنائية الأبعاد المستخدمة في بطاريات أيونات الصوديوم أساسًا NaxMO4 وNaxCoO4 وNaxMnO4 وNaxVO4 وNaxFeO4 وما إلى ذلك.

تم استخدام مواد القطب الموجب متعدد الأنيونات لأول مرة في الأقطاب الكهربائية الموجبة لبطارية أيون الليثيوم، ثم تم استخدامها لاحقًا في بطاريات أيون الصوديوم.تشتمل المواد التمثيلية المهمة على بلورات الزبرجد الزيتوني مثل NaMnPO4 وNaFePO4.

تم استخدام فلز الفوسفات الانتقالي في الأصل كمادة قطب كهربائي موجب في بطاريات الليثيوم أيون.عملية التوليف ناضجة نسبيًا وهناك العديد من الهياكل البلورية.

يقوم الفوسفات، كهيكل ثلاثي الأبعاد، ببناء هيكل إطاري يفضي إلى إزالة التداخل والإقحام لأيونات الصوديوم، ومن ثم الحصول على بطاريات أيونات الصوديوم ذات أداء ممتاز لتخزين الطاقة.

تعتبر مادة هيكل الغلاف الأساسي نوعًا جديدًا من مادة الأنود لبطاريات أيونات الصوديوم التي ظهرت فقط في السنوات الأخيرة.بناءً على المواد الأصلية، حققت هذه المادة هيكلًا مجوفًا من خلال التصميم الهيكلي الرائع.

تشتمل مواد هيكل القشرة الأساسية الأكثر شيوعًا على مكعبات نانوية سيلينيد الكوبالت المجوفة، وألياف فانادات الصوديوم ذات القشرة الأساسية المشتركة Fe-N، وألياف نانوية من أكسيد القصدير المجوفة الكربونية المسامية وغيرها من الهياكل المجوفة.

نظرًا لخصائصه الممتازة، إلى جانب البنية السحرية المجوفة والمسامية، يتعرض المنحل بالكهرباء لمزيد من النشاط الكهروكيميائي، وفي الوقت نفسه، فإنه يعزز أيضًا بشكل كبير حركة الأيونات للمنحل بالكهرباء لتحقيق تخزين فعال للطاقة.

تستمر الطاقة المتجددة العالمية في الارتفاع، مما يعزز تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة.

في الوقت الحاضر، وفقًا لطرق تخزين الطاقة المختلفة، يمكن تقسيمها إلى تخزين الطاقة الفيزيائية وتخزين الطاقة الكهروكيميائية.

يفي تخزين الطاقة الكهروكيميائية بمعايير التطوير لتكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة اليوم نظرًا لمزاياها المتمثلة في السلامة العالية والتكلفة المنخفضة والاستخدام المرن والكفاءة العالية.

وفقا لعمليات التفاعل الكهروكيميائية المختلفة، تشمل مصادر الطاقة لتخزين الطاقة الكهروكيميائية بشكل رئيسي المكثفات الفائقة، وبطاريات الرصاص الحمضية، وبطاريات طاقة الوقود، وبطاريات هيدريد معدن النيكل، وبطاريات كبريت الصوديوم، وبطاريات الليثيوم أيون.

في مجال تكنولوجيا تخزين الطاقة، اجتذبت مواد الأقطاب الكهربائية المرنة اهتمامات بحثية عديدة للعلماء نظرًا لتنوع تصميمها ومرونتها وتكلفتها المنخفضة وخصائص حماية البيئة.

تتمتع المواد الكربونية بثبات كيميائي حراري خاص، وموصلية كهربائية جيدة، وقوة عالية، وخصائص ميكانيكية غير عادية، مما يجعلها أقطابًا كهربية واعدة لبطاريات أيونات الليثيوم وبطاريات أيونات الصوديوم.

يمكن شحن المكثفات الفائقة وتفريغها بسرعة في ظل الظروف الحالية العالية، ولها دورة حياة تزيد عن 100000 مرة.إنها نوع جديد من إمدادات الطاقة الخاصة بتخزين الطاقة الكهروكيميائية بين المكثفات والبطاريات.

تتميز المكثفات الفائقة بخصائص كثافة الطاقة العالية ومعدل تحويل الطاقة العالي، ولكن كثافة الطاقة الخاصة بها منخفضة، وهي عرضة للتفريغ الذاتي، كما أنها عرضة لتسرب المنحل بالكهرباء عند استخدامها بشكل غير صحيح.

على الرغم من أن خلية طاقة الوقود تتميز بخصائص عدم الشحن، والسعة الكبيرة، والقدرة المحددة العالية، ونطاق الطاقة المحدد الواسع، إلا أن درجة حرارة التشغيل العالية، وسعر التكلفة المرتفع، وكفاءة تحويل الطاقة المنخفضة تجعلها متاحة فقط في عملية التسويق.المستخدمة في فئات معينة.

تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بمزايا التكلفة المنخفضة والتكنولوجيا الناضجة والسلامة العالية، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في محطات الإشارة الأساسية والدراجات الكهربائية والسيارات وتخزين طاقة الشبكة.لا يمكن للوحات القصيرة مثل تلويث البيئة أن تلبي المتطلبات والمعايير المتزايدة الارتفاع لبطاريات تخزين الطاقة.

تتميز بطاريات Ni-MH بخصائص تعدد الاستخدامات القوية، والقيمة الحرارية المنخفضة، وقدرة المونومر الكبيرة، وخصائص التفريغ المستقرة، ولكن وزنها كبير نسبيًا، وهناك العديد من المشكلات في إدارة سلسلة البطاريات، والتي يمكن أن تؤدي بسهولة إلى ذوبان مفردة فواصل البطارية.