エネルギーは、人類文明の進歩の物質的基盤として、常に重要な役割を果たしてきました。それは人類社会の発展にとって不可欠な保証です。水、空気、食料とともに人間の生存に必要な条件を構成し、人間の生命に直接影響を与えます。。

エネルギー産業の発展は、薪の「時代」から石炭の「時代」へ、そして石炭の「時代」から石油の「時代」へ、二度の大きな転換を遂げてきました。今、石油の「時代」から再生可能エネルギーの「時代」へ変わり始めています。

19 世紀初頭の主なエネルギー源としての石炭から、20 世紀半ばの主なエネルギー源としての石油に至るまで、人類は 200 年以上にわたって化石エネルギーを大規模に利用してきました。しかし、化石エネルギーが大半を占める世界のエネルギー構造により、化石エネルギーの枯渇はもはや遠くありません。

石炭、石油、天然ガスに代表される伝統的な 3 つの化石エネルギー経済媒体は、新世紀には急速に枯渇し、使用および燃焼の過程で温室効果を引き起こし、大量の汚染物質を生成し、環境汚染を引き起こす可能性があります。環境。

したがって、化石エネルギーへの依存を減らし、既存の不合理なエネルギー利用構造を変え、クリーンで汚染のない新たな再生可能エネルギーを模索することが急務となっています。

現在、再生可能エネルギーには主に風力エネルギー、水素エネルギー、太陽エネルギー、バイオマスエネルギー、潮力エネルギー、地熱エネルギーなどが含まれており、風力エネルギーと太陽エネルギーは現在世界中で研究のホットスポットとなっている。

しかし、さまざまな再生可能エネルギーを効率的に変換・貯蔵することは依然として比較的難しく、有効活用することが困難です。

この場合、人類による新たな再生可能エネルギーの有効利用を実現するためには、便利で効率的な新たなエネルギー貯蔵技術の開発が必要であり、現在の社会研究でも注目されている。

現在、リチウムイオン電池は最も効率の良い二次電池の一つとして、様々な電子機器、輸送、航空宇宙等の分野で広く使用されています。、開発の見通しはより困難です。

ナトリウムとリチウムは物理的および化学的性質が似ており、エネルギー貯蔵効果があります。豊富な含有量、ナトリウム源の均一な分布、低価格のため、低コストかつ高効率という特徴を持つ大規模エネルギー貯蔵技術に使用されます。

ナトリウムイオン電池の正極材料と負極材料には、層状遷移金属化合物、ポリアニオン、遷移金属リン酸塩、コアシェルナノ粒子、金属化合物、ハードカーボンなどが含まれます。

炭素は自然界に埋蔵量が極めて豊富な元素であり、安価で入手しやすいため、ナトリウムイオン電池の負極材料として高い評価を得ています。

炭素材料は黒鉛化の程度に応じて、黒鉛質炭素と非晶質炭素の2つに分類されます。

アモルファスカーボンに属するハードカーボンは、ナトリウム吸蔵比容量が300mAh/gを示しますが、黒鉛化度が高い炭素材料は表面積が大きく秩序が強いため、実用化が困難です。

したがって、実用化研究では主に非黒鉛ハードカーボン材料が使用されます。

ナトリウムイオン電池の負極材料の性能をさらに向上させるためには、イオンドーピングや配合により炭素材料の親水性や導電性を向上させ、炭素材料のエネルギー貯蔵性能を高めることができます。

ナトリウムイオン電池の負極材料として使用される金属化合物は、主に二次元の金属炭化物や窒化物です。二次元材料の優れた特性に加え、吸着やインターカレーションによりナトリウムイオンを貯蔵するだけでなく、ナトリウムと結合することで化学反応により静電容量を発生させてエネルギーを貯蔵することができ、エネルギー貯蔵効果が大幅に向上します。

金属化合物は高価で入手が難しいため、炭素材料は依然としてナトリウムイオン電池の主な負極材料です。

層状遷移金属化合物の台頭は、グラフェンの発見後に起こります。現在、ナトリウムイオン電池に使用される二次元材料には、主にナトリウムベースの層状NaxMO4、NaxCoO4、NaxMnO4、NaxVO4、NaxFeO4などが含まれます。

ポリアニオン正極材料は、最初はリチウムイオン電池の正極に使用され、その後ナトリウムイオン電池にも使用されました。重要な代表的な材料には、NaMnPO4 や NaFePO4 などのオリビン結晶が含まれます。

遷移金属リン酸塩は、もともとリチウムイオン電池の正極材料として使用されていました。合成プロセスは比較的成熟しており、多くの結晶構造が存在します。

リン酸塩は三次元構造としてナトリウムイオンの脱離・挿入を促進する骨格構造を構築し、優れたエネルギー貯蔵性能を有するナトリウムイオン電池を実現します。

コアシェル構造材料は、近年登場した新しいタイプのナトリウムイオン電池用負極材料です。独自の素材をベースに、絶妙な構造設計により中空構造を実現した素材です。

より一般的なコアシェル構造材料には、中空セレン化コバルトナノキューブ、Fe-N 共ドープコアシェルバナジン酸ナトリウムナノスフィア、多孔質カーボン中空酸化スズナノスフィア、およびその他の中空構造が含まれます。

その優れた特性と魔法の中空多孔質構造により、より多くの電気化学的活性が電解質にさらされ、同時に電解質のイオン移動度も大幅に促進され、効率的なエネルギー貯蔵が実現されます。

世界的な再生可能エネルギーは増加を続けており、エネルギー貯蔵技術の開発が促進されています。

現在、さまざまなエネルギー貯蔵方法に従って、物理的エネルギー貯蔵と電気化学的エネルギー貯蔵に分けることができます。

電気化学エネルギー貯蔵は、高い安全性、低コスト、柔軟な使用、および高効率という利点により、今日の新しいエネルギー貯蔵技術の開発基準を満たしています。

さまざまな電気化学反応プロセスによると、電気化学エネルギー貯蔵電源には主にスーパーキャパシタ、鉛蓄電池、燃料電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池、リチウムイオン電池が含まれます。

エネルギー貯蔵技術において、柔軟な電極材料は、その設計の多様性、柔軟性、低コスト、環境保護特性により、多くの科学者の研究関心を集めています。

炭素材料は、特別な熱化学的安定性、良好な導電性、高強度、および異常な機械的特性を備えており、リチウムイオン電池およびナトリウムイオン電池の電極として有望です。

スーパーキャパシタは、大電流条件下で迅速に充電および放電でき、100,000 回を超えるサイクル寿命があります。これらは、コンデンサとバッテリーの間にある新しいタイプの特別な電気化学エネルギー貯蔵電源です。

スーパーキャパシタは、高い出力密度と高いエネルギー変換率という特徴を持っていますが、エネルギー密度が低く、自己放電しやすく、不適切に使用すると電解液が漏れやすいです。

燃料電池は充電不要、大容量、高比容量、広い比出力範囲という特徴を持っていますが、動作温度が高く、原価が高く、エネルギー変換効率が低いため、実用化の段階でしか利用できません。特定のカテゴリで使用されます。

鉛蓄電池は、低コスト、成熟した技術、高い安全性という利点があり、信号基地局、電動自転車、自動車、系統エネルギー貯蔵に広く使用されています。環境を汚染するようなショートボードでは、ますます高まるエネルギー貯蔵電池の要件や基準を満たすことができません。

ニッケル水素電池は、高い汎用性、低発熱量、大きなモノマー容量、安定した放電特性などの特徴を持っていますが、重量が比較的大きく、電池の直列管理に多くの問題があり、単電池の溶融を引き起こしやすいです。バッテリーセパレーター。