Էներգիան, որպես մարդկային քաղաքակրթության առաջընթացի նյութական հիմք, միշտ կարևոր դեր է խաղացել: Այն մարդկային հասարակության զարգացման անփոխարինելի երաշխիք է: Ջրի, օդի և սննդի հետ միասին այն կազմում է մարդու գոյատևման անհրաժեշտ պայմանները և անմիջականորեն ազդում է մարդկային կյանքի վրա:

Էներգետիկ արդյունաբերության զարգացումը ենթարկվել է երկու խոշոր փոխակերպման՝ վառելափայտի «դարաշրջանից» մինչև ածխի «դարաշրջան», ապա՝ ածխի «դարաշրջանից» մինչև նավթի «դարաշրջան»։ Այժմ այն ​​սկսել է փոխվել նավթի «դարաշրջանից» մինչև վերականգնվող էներգիայի փոփոխությունների «դարաշրջան»։

19-րդ դարի սկզբին ածուխից որպես հիմնական աղբյուր մինչև 20-րդ դարի կեսերին նավթը որպես հիմնական աղբյուր, մարդիկ ավելի քան 200 տարի լայնորեն օգտագործել են բրածո վառելիքներից ստացված էներգիան։ Այնուամենայնիվ, բրածո վառելիքով գերակշռող համաշխարհային էներգետիկ կառուցվածքը թույլ չի տալիս, որ այն այլևս հեռու լինի բրածո վառելիքներից էներգիայի սպառումից։

Երեք ավանդական բրածո էներգիայի տնտեսական կրիչները, որոնք ներկայացված են ածուխով, նավթով և բնական գազով, արագորեն կսպառվեն նոր դարում, և օգտագործման և այրման գործընթացում դա նաև կառաջացնի ջերմոցային էֆեկտ, կառաջացնի մեծ քանակությամբ աղտոտիչներ և կաղտոտի շրջակա միջավայրը։

Հետևաբար, անհրաժեշտ է նվազեցնել կախվածությունը բրածո վառելիքից, փոխել էներգիայի օգտագործման առկա իռացիոնալ կառուցվածքը և փնտրել մաքուր և աղտոտումից զերծ նոր վերականգնվող էներգիա։

Ներկայումս վերականգնվող էներգիան հիմնականում ներառում է քամու էներգիան, ջրածնի էներգիան, արևային էներգիան, կենսազանգվածի էներգիան, մակընթացային էներգիան և երկրաջերմային էներգիան և այլն, իսկ քամու և արևային էներգիան ներկայումս հետազոտական ​​կենտրոններ են ամբողջ աշխարհում։

Այնուամենայնիվ, դեռևս համեմատաբար դժվար է հասնել տարբեր վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների արդյունավետ փոխակերպմանը և կուտակմանը, այդպիսով դժվարացնելով դրանց արդյունավետ օգտագործումը։

Այս դեպքում, մարդկության կողմից նոր վերականգնվող էներգիայի արդյունավետ օգտագործումը իրականացնելու համար անհրաժեշտ է մշակել հարմար և արդյունավետ նոր էներգախնայողության տեխնոլոգիա, որը նաև արդիական սոցիալական հետազոտությունների թեժ կետ է։

Ներկայումս լիթիում-իոնային մարտկոցները, որպես ամենաարդյունավետ երկրորդային մարտկոցներից մեկը, լայնորեն կիրառվում են տարբեր էլեկտրոնային սարքերում, տրանսպորտում, ավիատիեզերական և այլ ոլորտներում։ զարգացման հեռանկարները ավելի դժվար են։

Նատրիումի և լիթիումի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները նման են, և այն ունի էներգիայի կուտակման ազդեցություն: Իր հարուստ պարունակության, նատրիումի աղբյուրի միատարր բաշխման և ցածր գնի շնորհիվ այն օգտագործվում է մեծածավալ էներգիայի կուտակման տեխնոլոգիաներում, որոնք ունեն ցածր արժեքի և բարձր արդյունավետության բնութագրեր:

Նատրիումի իոնային մարտկոցների դրական և բացասական էլեկտրոդային նյութերը ներառում են շերտավոր անցումային մետաղների միացություններ, պոլիանիոններ, անցումային մետաղների ֆոսֆատներ, միջուկ-կեղև նանոմասնիկներ, մետաղական միացություններ, կարծր ածխածին և այլն։

Որպես բնության մեջ չափազանց առատ պաշարներ ունեցող տարր, ածխածինը էժան է և հեշտ է ձեռք բերել, և մեծ ճանաչում է ձեռք բերել որպես նատրիում-իոնային մարտկոցների անոդային նյութ։

Գրաֆիտացման աստիճանի համաձայն, ածխածնային նյութերը կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի՝ գրաֆիտային ածխածին և ամորֆ ածխածին։

Կարծր ածխածինը, որը պատկանում է ամորֆ ածխածինին, ցուցաբերում է 300 մԱժ/գ նատրիումի պահեստավորման տեսակարար հզորություն, մինչդեռ ավելի բարձր գրաֆիտացման աստիճան ունեցող ածխածնային նյութերը դժվար է օգտագործել առևտրային նպատակներով՝ իրենց մեծ մակերեսի և ամուր կարգուկանոնի պատճառով։

Հետևաբար, ոչ գրաֆիտային կարծր ածխածնային նյութերը հիմնականում օգտագործվում են գործնական հետազոտություններում։

Նատրիում-իոնային մարտկոցների անոդային նյութերի աշխատանքը հետագայում բարելավելու համար, ածխածնային նյութերի հիդրոֆիլությունը և հաղորդականությունը կարող են բարելավվել իոնային խառնուրդների կամ միացությունների միջոցով, ինչը կարող է բարելավել ածխածնային նյութերի էներգիայի կուտակման աշխատանքը։

Որպես նատրիումի իոնային մարտկոցի բացասական էլեկտրոդային նյութ, մետաղական միացությունները հիմնականում երկչափ մետաղական կարբիդներ և նիտրիդներ են: Երկչափ նյութերի գերազանց բնութագրերից բացի, դրանք կարող են ոչ միայն կուտակել նատրիումի իոններ ադսորբցիայի և ինտերկալացիայի միջոցով, այլև միանալ նատրիումի հետ: Իոնների միացումը քիմիական ռեակցիաների միջոցով առաջացնում է տարողություն էներգիայի կուտակման համար, դրանով իսկ զգալիորեն բարելավելով էներգիայի կուտակման էֆեկտը:

Մետաղական միացություններ ստանալու բարձր գնի և դժվարության պատճառով, ածխածնային նյութերը դեռևս նատրիում-իոնային մարտկոցների հիմնական անոդային նյութերն են։

Շերտավոր անցումային մետաղների միացությունների ի հայտ գալը տեղի է ունեցել գրաֆենի հայտնաբերումից հետո: Ներկայումս նատրիում-իոնային մարտկոցներում օգտագործվող երկչափ նյութերը հիմնականում ներառում են նատրիումի վրա հիմնված շերտավոր NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 և այլն:

Պոլիանիոնային դրական էլեկտրոդային նյութերը սկզբում օգտագործվել են լիթիում-իոնային մարտկոցների դրական էլեկտրոդներում, իսկ ավելի ուշ՝ նատրիում-իոնային մարտկոցներում: Կարևոր ներկայացուցչական նյութերից են օլիվինի բյուրեղները, ինչպիսիք են NaMnPO4-ը և NaFePO4-ը:

Անցումային մետաղի ֆոսֆատը սկզբնապես օգտագործվել է որպես դրական էլեկտրոդային նյութ լիթիում-իոնային մարտկոցներում: Սինթեզի գործընթացը համեմատաբար հասուն է, և կան բազմաթիվ բյուրեղային կառուցվածքներ:

Ֆոսֆատը, որպես եռաչափ կառուցվածք, կառուցում է շրջանակային կառուցվածք, որը նպաստում է նատրիումի իոնների դեինտերկալացիային և ինտերկալացիային, որից հետո ստացվում են նատրիում-իոնային մարտկոցներ՝ գերազանց էներգիայի կուտակման արդյունավետությամբ։

Միջուկ-կեղև կառուցվածքային նյութը նատրիում-իոնային մարտկոցների համար նախատեսված անոդային նյութի նոր տեսակ է, որը ի հայտ է եկել միայն վերջին տարիներին: Հիմնվելով սկզբնական նյութերի վրա՝ այս նյութը ստացել է խոռոչ կառուցվածք՝ նրբագեղ կառուցվածքային դիզայնի շնորհիվ:

Ավելի տարածված միջուկ-կեղև կառուցվածքային նյութերից են խոռոչ կոբալտի սելենիդի նանոխորանարդները, Fe-N համատեղ դոպված միջուկ-կեղև նատրիումի վանադատի նանոգնդիկները, ծակոտկեն ածխածնային խոռոչ անագի օքսիդի նանոգնդիկները և այլ խոռոչ կառուցվածքներ։

Իր գերազանց բնութագրերի, զուգորդված կախարդական խոռոչ և ծակոտկեն կառուցվածքի հետ, էլեկտրոլիտը ենթարկվում է ավելի շատ էլեկտրաքիմիական ակտիվության, և միևնույն ժամանակ, այն նաև մեծապես նպաստում է էլեկտրոլիտի իոնային շարժունակությանը՝ արդյունավետ էներգիայի կուտակման համար։

Աշխարհում վերականգնվող էներգիայի սպառումը շարունակում է աճել՝ խթանելով էներգիայի կուտակման տեխնոլոգիաների զարգացումը։

Ներկայումս, էներգիայի կուտակման տարբեր մեթոդների համաձայն, այն կարելի է բաժանել ֆիզիկական էներգիայի կուտակման և էլեկտրաքիմիական էներգիայի կուտակման։

Էլեկտրաքիմիական էներգիայի կուտակումը համապատասխանում է այսօրվա նոր էներգակուտակման տեխնոլոգիայի զարգացման չափանիշներին՝ բարձր անվտանգության, ցածր գնի, ճկուն օգտագործման և բարձր արդյունավետության իր առավելությունների շնորհիվ։

Ըստ տարբեր էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների գործընթացների, էլեկտրաքիմիական էներգիայի կուտակման աղբյուրները հիմնականում ներառում են գերկոնդենսատորներ, կապարաթթվային մարտկոցներ, վառելիքային մարտկոցներ, նիկել-մետաղական հիդրիդային մարտկոցներ, նատրիում-ծծմբային մարտկոցներ և լիթիում-իոնային մարտկոցներ:

Էներգիայի կուտակման տեխնոլոգիայի մեջ ճկուն էլեկտրոդային նյութերը գրավել են բազմաթիվ գիտնականների հետազոտական ​​հետաքրքրությունը՝ իրենց նախագծային բազմազանության, ճկունության, ցածր գնի և շրջակա միջավայրի պաշտպանության բնութագրերի շնորհիվ։

Ածխածնային նյութերն ունեն հատուկ ջերմաքիմիական կայունություն, լավ էլեկտրահաղորդականություն, բարձր ամրություն և անսովոր մեխանիկական հատկություններ, ինչը դրանք դարձնում է խոստումնալից էլեկտրոդներ լիթիում-իոնային և նատրիում-իոնային մարտկոցների համար։

Սուպերկոնդենսատորները կարող են արագ լիցքավորվել և լիցքաթափվել բարձր հոսանքի պայմաններում և ունեն ավելի քան 100,000 ցիկլի կյանք։ Դրանք կոնդենսատորների և մարտկոցների միջև էլեկտրաքիմիական էներգիայի կուտակման նոր տեսակի հատուկ էլեկտրամատակարարում են։

Գերկոնդենսատորներն ունեն բարձր հզորության խտության և էներգիայի փոխակերպման բարձր արագության բնութագրեր, սակայն դրանց էներգիայի խտությունը ցածր է, դրանք հակված են ինքնալիցքաթափման և էլեկտրոլիտների արտահոսքի, եթե օգտագործվում են ոչ պատշաճ կերպով։

Չնայած վառելիքային էներգաբլոկն ունի չլիցքավորման, մեծ տարողության, բարձր տեսակարար տարողության և լայն տեսակարար հզորության տիրույթի բնութագրեր, դրա բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանը, բարձր ինքնարժեքը և էներգիայի փոխակերպման ցածր արդյունավետությունը այն հասանելի են դարձնում միայն առևտրայնացման գործընթացում և օգտագործվում են որոշակի կատեգորիաներում։

Կապարաթթվային մարտկոցներն ունեն ցածր գնի, հասուն տեխնոլոգիայի և բարձր անվտանգության առավելություններ և լայնորեն օգտագործվել են ազդանշանային բազային կայաններում, էլեկտրական հեծանիվներում, ավտոմեքենաներում և ցանցային էներգիայի կուտակիչներում: Կարճ տախտակները, ինչպիսիք են շրջակա միջավայրը աղտոտելը, չեն կարող բավարարել էներգիայի կուտակիչ մարտկոցների ավելի ու ավելի բարձր պահանջներն ու չափանիշները:

Ni-MH մարտկոցներն ունեն բազմակողմանիության, ցածր կալորիականության, մոնոմերի մեծ տարողության և կայուն լիցքաթափման բնութագրերի բնութագրեր, սակայն դրանց քաշը համեմատաբար մեծ է, և մարտկոցների շարքերի կառավարման մեջ կան բազմաթիվ խնդիրներ, որոնք հեշտությամբ կարող են հանգեցնել մեկ մարտկոցի բաժանիչների հալման։