Giza zibilizazioaren aurrerapenaren oinarri material gisa, energiak betidanik izan du paper garrantzitsua. Giza gizartearen garapenerako ezinbesteko bermea da. Urarekin, airearekin eta janariarekin batera, gizakiaren biziraupenerako beharrezko baldintzak osatzen ditu eta zuzenean eragiten dio gizakiaren bizitzari.

Energia industriaren garapenak bi eraldaketa nagusi izan ditu: egurraren “arotik” ikatzaren “arora”, eta gero ikatzaren “arotik” petrolioaren “arora”. Orain, petrolioaren “arotik” energia berriztagarrien aldaketaren “arora” aldatzen hasi da.

XIX. mendearen hasieran ikatza iturri nagusi gisa erabili zenetik XX. mendearen erdialdean petrolioa iturri nagusi gisa erabili zen arte, gizakiek energia fosila erabili dute eskala handian 200 urte baino gehiagoz. Hala ere, energia fosilak menderatutako energia-egiturak ez du jada energia fosilen agortzetik urrun uzten.

Ikatzak, petrolioak eta gas naturalak ordezkatzen dituzten hiru energia fosilen garraiatzaile ekonomiko tradizionalak azkar agortuko dira mende berrian, eta erabilera eta errekuntza prozesuan, berotegi-efektua ere eragingo du, kutsatzaile kopuru handia sortuko du eta ingurumena kutsatuko du.

Beraz, ezinbestekoa da energia fosilen mendekotasuna murriztea, egungo energia-erabilera irrazionalaren egitura aldatzea eta energia berriztagarri garbi eta kutsadurarik gabeko berriak bilatzea.

Gaur egun, energia berriztagarrien artean daude batez ere haize-energia, hidrogeno-energia, eguzki-energia, biomasa-energia, mareen energia eta energia geotermikoa, etab., eta haize-energia eta eguzki-energia ikerketa-gune beroak dira mundu osoan.

Hala ere, oraindik nahiko zaila da energia berriztagarrien iturrien bihurketa eta biltegiratze eraginkorra lortzea, eta horrek zaildu egiten du eraginkortasunez erabiltzea.

Kasu honetan, gizakiek energia berriztagarri berriak modu eraginkorrean erabil ditzaten, beharrezkoa da energia biltegiratzeko teknologia berri eroso eta eraginkorra garatzea, eta hori ere oso garrantzitsua da egungo gizarte-ikerketan.

Gaur egun, litio-ioizko bateriak, bigarren mailako bateria eraginkorrenetakoak direnez, asko erabili dira hainbat gailu elektronikotan, garraioan, aeroespazialki eta beste arlo batzuetan. , garapenerako aukerak zailagoak dira.

Sodioaren eta litioaren propietate fisiko eta kimikoak antzekoak dira, eta energia biltegiratzeko efektua du. Eduki aberatsa, sodio iturriaren banaketa uniformea ​​eta prezio baxua dituenez, eskala handiko energia biltegiratzeko teknologian erabiltzen da, kostu txikiko eta eraginkortasun handiko ezaugarriak dituena.

Sodio ioi baterien elektrodo positibo eta negatiboen artean daude trantsizio-metalen konposatu geruzatuak, polianioiak, trantsizio-metalen fosfatoak, nukleo-oskolaren nanopartikulak, metal konposatuak, karbono gogorra, etab.

Naturan erreserba oso ugariak dituen elementua denez, karbonoa merkea eta erraza da lortzen, eta sodio-ioi baterien anodo material gisa aintzatespen handia lortu du.

Grafitizazio-mailaren arabera, karbono-materialak bi kategoriatan bana daitezke: karbono grafitikoa eta karbono amorfoa.

Karbono gogorrak, karbono amorfoaren barruan dagoenak, 300 mAh/g-ko sodio biltegiratze ahalmen espezifikoa du, eta grafitizazio maila handiagoa duten karbono materialak zailak dira erabilera komertzialerako, azalera handia eta ordena sendoa dutelako.

Beraz, grafitozkoak ez diren karbono material gogorrak batez ere ikerketa praktikoan erabiltzen dira.

Sodio-ioi baterien anodo materialen errendimendua are gehiago hobetzeko, karbono materialen hidrofilitatea eta eroankortasuna hobetu daitezke ioien dopaketaren edo konposatuaren bidez, eta horrek karbono materialen energia biltegiratzeko errendimendua hobetu dezake.

Sodio ioi baterien elektrodo negatibo gisa, metal konposatuak batez ere bi dimentsioko metal karburoak eta nitruroak dira. Bi dimentsioko materialen ezaugarri bikainak izateaz gain, ez dituzte sodio ioiak adsorzio eta interkalazio bidez gordetzen bakarrik, baita sodioarekin konbinatzen ere. Ioien konbinazioak kapazitantzia sortzen du erreakzio kimikoen bidez energia biltegiratzeko, eta horrela energia biltegiratzeko efektua asko hobetzen da.

Metal konposatuak lortzeko kostu handia eta zailtasuna direla eta, karbono materialak dira oraindik ere sodio-ioi baterien anodo material nagusiak.

Trantsizio-metalen konposatu geruzatuen gorakada grafenoaren aurkikuntzaren ondoren dator. Gaur egun, sodio-ioi baterietan erabiltzen diren bi dimentsioko materialen artean, batez ere sodioan oinarritutako NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 geruzatuak daude.

Elektrodo positibo polianionikoak lehen aldiz litio-ioizko baterien elektrodo positiboetan erabili ziren, eta geroago sodio-ioizko baterietan. Material adierazgarri garrantzitsuen artean, NaMnPO4 eta NaFePO4 bezalako olibina kristalak daude.

Trantsizio-metalezko fosfatoa jatorriz litio-ioizko baterietan elektrodo positibo gisa erabili zen. Sintesi-prozesua nahiko heldua da eta kristal-egitura asko daude.

Fosfatoak, hiru dimentsioko egitura gisa, sodio ioien desinterkalazioa eta interkalazioa ahalbidetzen duen egitura bat eraikitzen du, eta ondoren energia biltegiratzeko errendimendu bikaina duten sodio-ioi bateriak lortzen ditu.

Nukleo-oskolaren egitura materiala sodio-ioi baterien anodo material mota berri bat da, azken urteotan sortu dena. Jatorrizko materialetan oinarrituta, material honek egitura hutsa lortu du egitura-diseinu bikainaren bidez.

Nukleo-oskola egitura-material ohikoenen artean daude kobalto selenuro nanokubo hutsak, Fe-N ko-dopatutako nukleo-oskola sodio vanadato nanosferak, karbono porotsuzko eztainu oxido nanosfera hutsak eta beste egitura huts batzuk.

Bere ezaugarri bikainak direla eta, egitura huts eta porotsu magikoarekin batera, jarduera elektrokimiko gehiago eragiten dio elektrolitoari, eta, aldi berean, elektrolitoaren ioien mugikortasuna ere asko sustatzen du energia biltegiratze eraginkorra lortzeko.

Mundu mailako energia berriztagarrien hazkundea areagotzen ari da, eta horrek energia biltegiratzeko teknologiaren garapena sustatu du.

Gaur egun, energia biltegiratzeko metodo desberdinen arabera, energia biltegiratze fisikoan eta energia biltegiratze elektrokimikoan bana daiteke.

Energia elektrokimikoaren biltegiratzeak gaur egungo energia biltegiratzeko teknologia berrien garapen-estandarrekin bat egiten du, segurtasun handiko, kostu txikiko, erabilera malguko eta eraginkortasun handiko abantailak dituelako.

Erreakzio elektrokimikoen prozesu desberdinen arabera, energia elektrokimikoaren biltegiratze-iturrien artean, batez ere, superkondentsadoreak, berun-azido bateriak, erregai-energia bateriak, nikel-metal hidruro bateriak, sodio-sufre bateriak eta litio-ioi bateriak daude.

Energia biltegiratzeko teknologian, elektrodo malguen materialak zientzialari askoren ikerketa-interesa erakarri dute, diseinu-aniztasunagatik, malgutasunagatik, kostu baxuagatik eta ingurumen-babeserako ezaugarriengatik.

Karbono materialek egonkortasun termokimiko berezia, eroankortasun elektriko ona, erresistentzia handia eta propietate mekaniko ezohikoak dituzte, eta horrek litio-ioizko baterien eta sodio-ioizko baterien elektrodo itxaropentsuak bihurtzen ditu.

Superkondentsadoreak azkar kargatu eta deskargatu daitezke korronte handiko baldintzetan, eta 100.000 aldiz baino gehiagoko ziklo-bizitza dute. Kondentsadoreen eta baterien arteko energia elektrokimiko biltegiratzeko elikatze-iturri berezi mota berri bat dira.

Superkondentsadoreek potentzia-dentsitate handiko eta energia-bihurketa-tasa handiko ezaugarriak dituzte, baina energia-dentsitatea baxua da, autodeskargatzeko joera dute eta gaizki erabiltzen direnean elektrolito-ihesak izateko joera dute.

Erregai-pilak kargarik ez izatea, edukiera handia, edukiera espezifiko handia eta potentzia espezifiko-tarte zabala izatearen ezaugarriak baditu ere, funtzionamendu-tenperatura altuak, kostu-prezio altuak eta energia-bihurketa-eraginkortasun baxuak merkaturatze-prozesuan bakarrik erabiltzen dute.

Berun-azido bateriek kostu baxuaren, teknologia helduaren eta segurtasun handiko abantailak dituzte, eta oso erabiliak izan dira seinale-oinarrizko estazioetan, bizikleta elektrikoetan, automobiletan eta sareko energia-biltegiratzean. Ingurumena kutsatzen duten taula laburrek ezin dituzte bete energia-biltegiratze baterien eskakizun eta estandar gero eta altuagoak.

Ni-MH bateriek aldakortasun handia, balio kalorifiko baxua, monomero-ahalmen handia eta deskargatze-ezaugarri egonkorrak dituzte, baina pisua nahiko handia da, eta arazo asko daude bateria-serieen kudeaketan, eta horrek erraz eragin dezake bateria-bereizle bakarrekoen urtzea.