Хүн төрөлхтний соёл иргэншлийн хөгжлийн материаллаг үндэс суурь болох эрчим хүч нь үргэлж чухал үүрэг гүйцэтгэсээр ирсэн. Энэ нь хүний ​​нийгмийн хөгжлийн зайлшгүй баталгаа юм. Ус, агаар, хоол хүнстэй хамт энэ нь хүн төрөлхтний оршин тогтнох зайлшгүй нөхцөлийг бүрдүүлж, хүний ​​амьдралд шууд нөлөөлдөг.

Эрчим хүчний салбарын хөгжил нь түлээний "эрин үе"-ээс нүүрсний "эрин үе", дараа нь нүүрсний "эрин үе"-ээс газрын тосны "эрин үе" хүртэл хоёр томоохон өөрчлөлтийг туулсан. Одоо энэ нь газрын тосны "эрин үе"-ээс сэргээгдэх эрчим хүчний өөрчлөлтийн "эрин үе" рүү шилжиж эхэлж байна.

19-р зууны эхэн үед нүүрсний гол эх үүсвэрээс эхлээд 20-р зууны дунд үеийн газрын тосны гол эх үүсвэр хүртэл хүн төрөлхтөн 200 гаруй жилийн турш чулуужсан эрчим хүчийг өргөн хүрээнд ашиглаж ирсэн. Гэсэн хэдий ч чулуужсан эрчим хүч давамгайлсан дэлхийн эрчим хүчний бүтэц нь чулуужсан эрчим хүчний хомсдолоос холдохгүй байна.

Нүүрс, газрын тос, байгалийн хий гэсэн гурван уламжлалт чулуужсан эрчим хүчний эдийн засгийн тээвэрлэгч шинэ зуунд хурдан шавхагдаж, ашиглалт, шаталтын явцад хүлэмжийн хийн нөлөөллийг бий болгож, их хэмжээний бохирдуулагч бодис үүсгэж, хүрээлэн буй орчныг бохирдуулна.

Тиймээс чулуужсан эрчим хүчнээс хараат байдлыг багасгах, одоо байгаа зохисгүй эрчим хүчний хэрэглээний бүтцийг өөрчлөх, цэвэр, бохирдолгүй шинэ сэргээгдэх эрчим хүчийг эрэлхийлэх нь зайлшгүй чухал юм.

Одоогийн байдлаар сэргээгдэх эрчим хүч нь голчлон салхины эрчим хүч, устөрөгчийн эрчим хүч, нарны эрчим хүч, биомассын эрчим хүч, далайн түрлэгийн эрчим хүч, газрын гүний дулааны эрчим хүч гэх мэтийг агуулдаг бөгөөд салхины эрчим хүч, нарны эрчим хүч нь дэлхий даяарх судалгааны гол цэгүүд юм.

Гэсэн хэдий ч янз бүрийн сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрийг үр ашигтай хувиргах, хадгалах нь харьцангуй хэцүү хэвээр байгаа тул тэдгээрийг үр дүнтэй ашиглахад хүндрэл учруулж байна.

Энэ тохиолдолд хүн төрөлхтөн шинэ сэргээгдэх эрчим хүчийг үр дүнтэй ашиглахын тулд тохиромжтой, үр ашигтай шинэ эрчим хүч хадгалах технологийг хөгжүүлэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь өнөөгийн нийгмийн судалгааны халуун цэг юм.

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

Натри болон литийн физик, химийн шинж чанарууд нь ижил төстэй бөгөөд эрчим хүч хадгалах нөлөөтэй. Баялаг агууламж, натрийн эх үүсвэрийн жигд тархалт, хямд үнийн ачаар бага өртөгтэй, өндөр үр ашигтай шинж чанартай томоохон хэмжээний эрчим хүч хадгалах технологид ашиглагддаг.

Натрийн ионы батерейны эерэг ба сөрөг электродын материалд давхарласан шилжилтийн металлын нэгдлүүд, полианионууд, шилжилтийн металлын фосфатууд, цөм бүрхүүлтэй нано хэсгүүд, металлын нэгдлүүд, хатуу нүүрстөрөгч гэх мэт орно.

Байгальд маш их нөөцтэй элемент болох нүүрстөрөгч нь хямд бөгөөд олж авахад хялбар бөгөөд натрийн ионы батерейны анод материалын хувьд ихээхэн хүлээн зөвшөөрөгдсөн.

Графитжилтын зэргээс хамааран нүүрстөрөгчийн материалыг графит нүүрстөрөгч ба аморф нүүрстөрөгч гэсэн хоёр ангилалд хувааж болно.

Аморф нүүрстөрөгчийн төрөлд хамаарах хатуу нүүрстөрөгч нь 300 мАч/г натрийн хадгалах багтаамжтай байдаг бол графитжилтын түвшин өндөртэй нүүрстөрөгчийн материалууд нь том гадаргуутай, хүчтэй дэг журамтай тул арилжааны зориулалтаар ашиглахад хэцүү байдаг.

Тиймээс бал чулуун бус хатуу нүүрстөрөгчийн материалыг практик судалгаанд голчлон ашигладаг.

Натрийн ион батерейны анод материалын гүйцэтгэлийг цаашид сайжруулахын тулд нүүрстөрөгчийн материалын гидрофиль чанар болон цахилгаан дамжуулах чанарыг ионы хольц эсвэл нэгдлээр сайжруулж болох бөгөөд энэ нь нүүрстөрөгчийн материалын энерги хадгалах гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна.

Натрийн ионы батерейны сөрөг электродын материал болох металлын нэгдлүүд нь голчлон хоёр хэмжээст металл карбид ба нитрид юм. Хоёр хэмжээст материалын маш сайн шинж чанараас гадна тэдгээр нь зөвхөн адсорбци ба интеркаляциар натрийн ионуудыг хадгалахаас гадна натритай нэгдэж чаддаг. Ионы нэгдэл нь химийн урвалаар дамжуулан энерги хадгалах багтаамжийг бий болгож, улмаар энерги хадгалах үр нөлөөг эрс сайжруулдаг.

Металл нэгдлүүдийг олж авахад өндөр өртөгтэй, хүндрэлтэй тул нүүрстөрөгчийн материал нь натрийн ионы батерейны гол анодын материал хэвээр байна.

Давхарласан шилжилтийн металлын нэгдлүүдийн өсөлт нь графеныг нээсний дараа гарсан. Одоогийн байдлаар натрийн ион батерейнд ашигладаг хоёр хэмжээст материалуудад голчлон натрийн суурьтай давхарласан NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 гэх мэт орно.

Полианион эерэг электродын материалыг анх лити-ион батерейн эерэг электродуудад ашигласан бөгөөд хожим нь натрийн ион батерейнуудад ашигласан. Чухал төлөөлөх материалуудад NaMnPO4 болон NaFePO4 зэрэг оливины талстууд орно.

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

Фосфат нь гурван хэмжээст бүтэц болохын хувьд натрийн ионуудын деинтеркаляци ба интеркаляцид тохиромжтой хүрээний бүтцийг бий болгож, дараа нь маш сайн эрчим хүч хадгалах гүйцэтгэлтэй натрийн ион батерейг гаргаж авдаг.

Гол бүрхүүлийн бүтцийн материал нь сүүлийн жилүүдэд л гарч ирсэн натрийн ион батерейны шинэ төрлийн анод материал юм. Анхны материал дээр үндэслэн энэхүү материал нь гайхалтай бүтцийн дизайны тусламжтайгаар хөндий бүтэцтэй болсон.

Илүү түгээмэл цөм-бүрхүүлтэй бүтцийн материалуудад хөндий кобальт селенид нанокуб, Fe-N-тэй хамт хольсон цөм-бүрхүүлтэй натрийн ванадат нанобөмбөрцөг, сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн хөндий цагаан тугалганы исэл нанобөмбөрцөг болон бусад хөндий бүтэц орно.

Маш сайн шинж чанар, ид шидийн хөндий ба сүвэрхэг бүтэцтэй хослуулсан тул электролитэд илүү их электрохимийн идэвхжил илэрдэг бөгөөд үүний зэрэгцээ үр ашигтай эрчим хүчний хадгалалтад хүрэхийн тулд электролитийн ионы хөдөлгөөнийг ихээхэн дэмждэг.

Дэлхийн сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээ өсөн нэмэгдэж байгаа нь эрчим хүч хадгалах технологийн хөгжлийг дэмжиж байна.

Одоогийн байдлаар эрчим хүч хадгалах янз бүрийн аргын дагуу үүнийг физик эрчим хүчний хадгалалт болон электрохимийн эрчим хүчний хадгалалт гэж хувааж болно.

Цахилгаан химийн эрчим хүчний хадгалалт нь өндөр аюулгүй байдал, хямд өртөг, уян хатан хэрэглээ, өндөр үр ашигтай зэрэг давуу талуудынхаа ачаар өнөөгийн шинэ эрчим хүчний хадгалалтын технологийн хөгжлийн стандартыг хангасан.

Төрөл бүрийн электрохимийн урвалын процессын дагуу электрохимийн энерги хадгалах эрчим хүчний эх үүсвэрүүдэд голчлон суперконденсатор, хар тугалганы хүчлийн батерей, түлшний батерей, никель-металл гидрид батерей, натрийн хүхрийн батерей, лити-ион батерей орно.

Эрчим хүч хадгалах технологийн хувьд уян хатан электрод материалууд нь дизайны олон янз байдал, уян хатан байдал, хямд өртөг, байгаль орчныг хамгаалах шинж чанараараа олон эрдэмтдийн судалгааны сонирхлыг татсан.

Нүүрстөрөгчийн материалууд нь тусгай термохимийн тогтвортой байдал, сайн цахилгаан дамжуулах чанар, өндөр бат бэх, ер бусын механик шинж чанартай тул лити-ион батерей болон натрийн ион батерейны ирээдүйтэй электрод болгодог.

Суперконденсаторуудыг өндөр гүйдлийн нөхцөлд хурдан цэнэглэж, цэнэггүй болгож болох бөгөөд 100,000 гаруй удаа ажиллах хугацаатай. Эдгээр нь конденсатор болон батерейны хоорондох шинэ төрлийн тусгай электрохимийн энерги хадгалах цахилгаан хангамж юм.

Суперконденсаторууд нь өндөр чадлын нягтрал болон өндөр энерги хувиргах хурдтай шинж чанартай боловч тэдгээрийн энергийн нягтрал бага, өөрөө цэнэггүй болох хандлагатай, буруу ашиглавал электролитийн алдагдалд өртөмтгий байдаг.

Түлшний цахилгаан элемент нь цэнэглэдэггүй, том хүчин чадалтай, өндөр хувийн хүчин чадалтай, өргөн хувийн чадлын хүрээтэй гэсэн шинж чанартай боловч өндөр ажиллах температур, өндөр өртөгтэй, бага эрчим хүчний хувиргалтын үр ашиг нь зөвхөн арилжааны процесст ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд тодорхой ангилалд ашигладаг.

Хар тугалганы хүчлийн батерей нь хямд өртөгтэй, дэвшилтэт технологитой, өндөр аюулгүй байдалтай давуу талтай бөгөөд дохионы суурь станц, цахилгаан унадаг дугуй, автомашин, эрчим хүчний сүлжээнд өргөн хэрэглэгддэг. Байгаль орчныг бохирдуулах гэх мэт богино самбар нь эрчим хүч хадгалах батерейны улам бүр нэмэгдэж буй шаардлага, стандартыг хангаж чадахгүй байна.

Ni-MH батерейнууд нь олон талт байдал, бага илчлэгийн агууламж, том мономер багтаамж, тогтвортой цэнэг алдалтын шинж чанартай боловч жин нь харьцангуй том бөгөөд батерейны цуврал менежментэд олон асуудал тулгардаг бөгөөд энэ нь дан батерейны тусгаарлагч хайлахад хүргэдэг.