Хүн төрөлхтний соёл иргэншлийн хөгжил дэвшлийн материаллаг үндэс болох эрчим хүч үргэлж чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.Энэ нь хүн төрөлхтний нийгмийн хөгжлийн зайлшгүй баталгаа юм.Ус, агаар, хоол хүнсний хамт хүний ​​оршин тогтнох зайлшгүй нөхцөлийг бүрдүүлж, хүний ​​амьдралд шууд нөлөөлдөг..

Эрчим хүчний салбарын хөгжилд түлээний “эрин үе”-ээс нүүрсний “эрин үе”, дараа нь нүүрсний “эрин үе”-ээс газрын тосны “эрин үе” гэсэн хоёр том өөрчлөлт гарсан.Одоо газрын тосны “эрин үе”-ээс сэргээгдэх эрчим хүчний “эрин үе” рүү шилжиж эхэллээ.

19-р зууны эхэн үеийн гол эх үүсвэр болох нүүрсээс эхлээд 20-р зууны дунд үеэс газрын тос хүртэл үндсэн эх үүсвэр болохын тулд хүн төрөлхтөн 200 гаруй жилийн турш чулуужсан эрчим хүчийг өргөн хүрээнд ашиглаж ирсэн.Гэсэн хэдий ч чулуужсан эрчим хүч давамгайлж буй дэлхийн эрчим хүчний бүтэц нь түүнийг чулуужсан эрчим хүчний хомсдолоос хол байхаа больсон.

Нүүрс, газрын тос, байгалийн хий гэсэн уламжлалт гурван чулуужсан эрчим хүчний эдийн засгийн тээвэрлэгч нь шинэ зуунд эрчимтэй шавхагдаж, ашиглалтын явцад болон шаталтын явцад хүлэмжийн нөлөөлөл үүсгэж, их хэмжээний бохирдуулагч бодис үүсгэж, бохирдуулах болно. хүрээлэн буй орчин.

Иймд чулуужсан эрчим хүчний хараат байдлыг бууруулж, эрчим хүчний зүй бус хэрэглээний бүтцийг өөрчилж, цэвэр, бохирдолгүй шинэ сэргээгдэх эрчим хүчийг эрэлхийлэх зайлшгүй шаардлагатай байна.

Одоогийн байдлаар сэргээгдэх эрчим хүч нь салхины эрчим хүч, устөрөгчийн эрчим хүч, нарны эрчим хүч, биомассын эрчим хүч, түрлэгийн эрчим хүч, газрын гүний дулааны эрчим хүч гэх мэтийг голчлон багтаадаг бөгөөд салхины эрчим хүч, нарны эрчим хүч нь дэлхий даяар одоо байгаа судалгааны халуун цэгүүд юм.

Гэсэн хэдий ч сэргээгдэх эрчим хүчний төрөл бүрийн эх үүсвэрийг үр ашигтай хувиргах, хадгалахад харьцангуй хэцүү хэвээр байгаа тул тэдгээрийг үр дүнтэй ашиглахад хүндрэлтэй байна.

Энэ тохиолдолд шинэ сэргээгдэх эрчим хүчийг хүн төрөлхтөн үр дүнтэй ашиглахын тулд шинэ эрчим хүч хуримтлуулах тохиромжтой, үр ашигтай технологийг хөгжүүлэх шаардлагатай байгаа нь өнөөгийн нийгмийн судалгааны халуун цэг болж байна.

Одоогийн байдлаар лити-ион батерейг хамгийн үр ашигтай хоёрдогч батерейны нэг болгон янз бүрийн электрон төхөөрөмж, тээвэр, сансар огторгуй болон бусад салбарт өргөнөөр ашиглаж байна., хөгжлийн хэтийн төлөв нь илүү хэцүү байдаг.

Натри, литийн физик, химийн шинж чанарууд нь ижил төстэй бөгөөд энэ нь эрчим хүчийг хадгалах нөлөөтэй байдаг.Агуулга ихтэй, натрийн эх үүсвэрийн жигд тархалттай, хямд үнэтэй учраас бага өртөгтэй, өндөр үр ашигтай шинж чанартай эрчим хүч хуримтлуулах томоохон технологид ашигладаг.

Натрийн ион батерейны эерэг ба сөрөг электродын материалд давхаргат шилжилтийн металлын нэгдлүүд, полианионууд, шилжилтийн металлын фосфатууд, үндсэн бүрхүүлийн нано хэсгүүд, металлын нэгдлүүд, хатуу нүүрстөрөгч гэх мэт орно.

Байгальд асар их нөөцтэй элементийн хувьд нүүрстөрөгч нь хямд бөгөөд олж авахад хялбар бөгөөд натрийн ион батерейны анодын материал гэдгээрээ ихээхэн хүлээн зөвшөөрөгдсөн.

Графитжих түвшингээс хамааран нүүрстөрөгчийн материалыг графит нүүрстөрөгч ба аморф нүүрстөрөгч гэж хоёр төрөлд хувааж болно.

Аморф нүүрстөрөгчид хамаарах хатуу нүүрстөрөгч нь 300 мАч/г натрийн агуулах багтаамжтай байдаг бол графитжилт өндөртэй нүүрстөрөгчийн материалууд нь том гадаргуутай, хүчтэй эмх цэгцтэй тул арилжааны зориулалтаар ашиглахад хэцүү байдаг.

Тиймээс графит бус хатуу нүүрстөрөгчийн материалыг практик судалгаанд голчлон ашигладаг.

Натрийн ион батерейны анодын материалын гүйцэтгэлийг цаашид сайжруулахын тулд нүүрстөрөгчийн материалын ус шингээх чанар, дамжуулах чанарыг ионы допинг эсвэл нэгдлийн тусламжтайгаар сайжруулж, нүүрстөрөгчийн материалын энерги хадгалах чадварыг сайжруулж болно.

Натрийн ион батерейны сөрөг электродын материалын хувьд металлын нэгдлүүд нь ихэвчлэн хоёр хэмжээст металлын карбид ба нитрид юм.Хоёр хэмжээст материалын маш сайн шинж чанараас гадна тэдгээр нь натрийн ионыг шингээх, интеркаляци хийх замаар хадгалахаас гадна натритай хослуулах чадвартай. Ионуудын нэгдэл нь эрчим хүчийг хадгалах химийн урвалаар дамжуулан багтаамжийг үүсгэдэг бөгөөд ингэснээр эрчим хүчний хадгалалтын үр нөлөөг ихээхэн сайжруулдаг.

Өндөр өртөгтэй, металлын нэгдлүүдийг олж авахад хүндрэлтэй байдаг тул нүүрстөрөгчийн материал нь натрийн ион батерейны гол анод материал хэвээр байна.

Давхаргатай шилжилтийн металлын нэгдлүүдийн өсөлт нь графеныг нээсний дараа юм.Одоогийн байдлаар натрийн ион батерейнд ашигладаг хоёр хэмжээст материалууд нь натри дээр суурилсан давхаргат NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 гэх мэтийг агуулдаг.

Полианионик эерэг электродын материалыг анх лити-ион батерейны эерэг электродуудад ашигласан бөгөөд дараа нь натрийн ион батерейнд ашигласан.Чухал төлөөлөх материалд NaMnPO4, NaFePO4 зэрэг оливин талстууд орно.

Шилжилтийн металл фосфатыг анх лити-ион батерейнд эерэг электродын материал болгон ашиглаж байсан.Синтезийн процесс нь харьцангуй боловсорч гүйцсэн бөгөөд олон талст бүтэцтэй байдаг.

Фосфат нь гурван хэмжээст бүтэцтэй тул натрийн ионуудыг хооронд нь салгах, харилцан уялдуулахад таатай хүрээний бүтцийг бий болгож, улмаар эрчим хүч хадгалах маш сайн үзүүлэлттэй натрийн ион батерейг олж авдаг.

Цөм бүрхүүлийн бүтцийн материал нь сүүлийн жилүүдэд гарч ирсэн натри-ион батерейнд зориулсан шинэ төрлийн анод материал юм.Анхны материал дээр үндэслэн энэхүү материал нь бүтцийн гоёмсог дизайнаар хөндий бүтэцтэй болсон.

Хамгийн түгээмэл гол бүрхүүлийн бүтцийн материалд хөндий кобальтын селенид нанокубууд, Fe-N-тэй хамтарсан үндсэн бүрхүүлийн натрийн ванадат нанофер, сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн хөндий цагаан тугалганы исэл нанофер болон бусад хөндий бүтэц орно.

Маш сайн шинж чанараараа ид шидийн хөндий, сүвэрхэг бүтэцтэй хослуулан электролитэд илүү их цахилгаан химийн идэвхжил нөлөөлдөг бөгөөд үүний зэрэгцээ электролитийн ионы хөдөлгөөнийг эрчимжүүлж, эрчим хүчийг үр ашигтай хадгалахад хүргэдэг.

Дэлхий дахинд сэргээгдэх эрчим хүч нэмэгдсээр байгаа нь эрчим хүч хадгалах технологийн хөгжлийг дэмжиж байна.

Одоогийн байдлаар эрчим хүчийг хадгалах янз бүрийн аргын дагуу үүнийг физик энергийн хуримтлал ба цахилгаан химийн энергийн хадгалалт гэж хувааж болно.

Цахилгаан химийн эрчим хүчний хуримтлал нь өндөр аюулгүй байдал, хямд өртөг, уян хатан хэрэглээ, өндөр үр ашигтай зэрэг давуу талтай тул өнөөгийн эрчим хүч хадгалах шинэ технологийн хөгжлийн стандартад нийцэж байна.

Янз бүрийн цахилгаан химийн урвалын процессын дагуу цахилгаан химийн эрчим хүчийг хадгалах эрчим хүчний эх үүсвэрүүд нь суперконденсатор, хар тугалга-хүчлийн батерей, түлшний цахилгаан батерей, никель-металл гидридын батерей, натрийн хүхрийн батерей, лити-ион батерейнууд юм.

Эрчим хүч хадгалах технологийн хувьд уян хатан электродын материалууд нь дизайны олон талт байдал, уян хатан чанар, хямд өртөг, байгаль орчныг хамгаалах шинж чанараараа олон эрдэмтдийн судалгааны сонирхлыг татсаар ирсэн.

Нүүрстөрөгчийн материалууд нь тусгай термохимийн тогтвортой байдал, сайн цахилгаан дамжуулалт, өндөр бат бэх, ер бусын механик шинж чанартай тул лити-ион ба натрийн ион батерейны электродуудыг ирээдүйтэй болгодог.

Суперконденсаторууд нь өндөр гүйдлийн нөхцөлд хурдан цэнэглэгдэж, цэнэггүй болох ба эргэлтийн хугацаа нь 100,000 дахин их байдаг.Эдгээр нь конденсатор ба батерейны хоорондох шинэ төрлийн тусгай цахилгаан химийн эрчим хүчийг хадгалах эрчим хүчний хангамж юм.

Суперконденсаторууд нь эрчим хүчний өндөр нягтралтай, эрчим хүч хувиргах өндөр хурдтай шинж чанартай байдаг боловч эрчим хүчний нягтрал нь бага, өөрөө цэнэглэгдэх хандлагатай, буруу хэрэглэвэл электролитийн алдагдалд өртөмтгий байдаг.

Түлшний эрчим хүчний элемент нь цэнэглэдэггүй, том хүчин чадалтай, өндөр хувийн багтаамжтай, тусгай чадлын өргөн хүрээний шинж чанартай байдаг ч өндөр ажиллах температур, өндөр өртөгтэй, бага эрчим хүч хувиргах үр ашиг зэрэг нь түүнийг зөвхөн арилжааны явцад ашиглах боломжтой болгодог.тодорхой ангилалд ашигладаг.

Хар тугалганы хүчлийн батерей нь хямд өртөгтэй, боловсорч гүйцсэн технологи, өндөр аюулгүй байдлын давуу талтай бөгөөд дохионы суурь станц, цахилгаан унадаг дугуй, автомашин, цахилгаан эрчим хүчний хуримтлалд өргөн хэрэглэгддэг.Байгаль орчныг бохирдуулах гэх мэт богино самбарууд нь эрчим хүч хадгалах батерейны улам бүр нэмэгдэж буй шаардлага, стандартыг хангаж чадахгүй.

Ni-MH батерейнууд нь хүчтэй уян хатан чанар, илчлэг багатай, мономерийн багтаамж их, цэнэгийн тогтвортой байдал зэрэг шинж чанаруудтай боловч жин нь харьцангуй том бөгөөд батерейны цувралын удирдлагад олон асуудал тулгардаг бөгөөд энэ нь нэг батерейг амархан хайлахад хүргэдэг. зай тусгаарлагч.