मानवी सभ्यतेच्या प्रगतीसाठी भौतिक आधार म्हणून ऊर्जा नेहमीच महत्त्वाची भूमिका बजावते.मानवी समाजाच्या विकासासाठी ही एक अपरिहार्य हमी आहे.पाणी, हवा आणि अन्न यांसोबत ते मानवी जगण्यासाठी आवश्यक परिस्थिती निर्माण करते आणि त्याचा थेट मानवी जीवनावर परिणाम होतो..

उर्जा उद्योगाच्या विकासामध्ये सरपणच्या “युग” पासून कोळशाच्या “युग” पर्यंत आणि नंतर कोळशाच्या “युग” पासून तेलाच्या “युग” पर्यंत दोन मोठे परिवर्तन झाले आहेत.आता ते तेलाच्या “युग” वरून अक्षय उर्जा बदलाच्या “युग” मध्ये बदलू लागले आहे.

19व्या शतकाच्या सुरुवातीला कोळसा हा मुख्य स्त्रोत म्हणून ते 20 व्या शतकाच्या मध्यभागी तेलाचा मुख्य स्त्रोत म्हणून, मानवाने 200 वर्षांहून अधिक काळ मोठ्या प्रमाणावर जीवाश्म ऊर्जा वापरली आहे.तथापि, जीवाश्म ऊर्जेचे वर्चस्व असलेली जागतिक ऊर्जा संरचना जीवाश्म ऊर्जेच्या ऱ्हासापासून दूर नाही.

कोळसा, तेल आणि नैसर्गिक वायूचे प्रतिनिधित्व करणारे तीन पारंपारिक जीवाश्म ऊर्जा आर्थिक वाहक नवीन शतकात झपाट्याने संपुष्टात येतील आणि वापरण्याच्या आणि ज्वलनाच्या प्रक्रियेत, ते हरितगृह परिणामास कारणीभूत ठरतील, मोठ्या प्रमाणात प्रदूषक निर्माण करतील आणि प्रदूषण. पर्यावरण.

म्हणून, जीवाश्म ऊर्जेवरील अवलंबित्व कमी करणे, विद्यमान अतार्किक ऊर्जा वापर संरचना बदलणे आणि स्वच्छ आणि प्रदूषणमुक्त नवीन अक्षय ऊर्जा शोधणे अत्यावश्यक आहे.

सध्या, नवीकरणीय ऊर्जेमध्ये प्रामुख्याने पवन ऊर्जा, हायड्रोजन ऊर्जा, सौर ऊर्जा, बायोमास ऊर्जा, भरती-ओहोटी आणि भू-औष्णिक ऊर्जा इत्यादींचा समावेश होतो आणि पवन ऊर्जा आणि सौर ऊर्जा हे सध्या जगभरातील संशोधनाचे हॉटस्पॉट आहेत.

तथापि, विविध नवीकरणीय ऊर्जा स्त्रोतांचे कार्यक्षम रूपांतरण आणि संचयन साध्य करणे अद्याप तुलनेने कठीण आहे, त्यामुळे त्यांचा प्रभावीपणे वापर करणे कठीण होते.

या प्रकरणात, मानवाकडून नवीन अक्षय ऊर्जेचा प्रभावी वापर लक्षात येण्यासाठी, सोयीस्कर आणि कार्यक्षम नवीन ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञान विकसित करणे आवश्यक आहे, जे सध्याच्या सामाजिक संशोधनात देखील एक चर्चेत आहे.

सध्या, लिथियम-आयन बॅटरी, सर्वात कार्यक्षम दुय्यम बॅटरींपैकी एक म्हणून, विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, वाहतूक, एरोस्पेस आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जात आहेत., विकासाची शक्यता अधिक कठीण आहे.

सोडियम आणि लिथियमचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म सारखेच आहेत आणि त्याचा ऊर्जा संचय प्रभाव आहे.त्याच्या समृद्ध सामग्रीमुळे, सोडियम स्त्रोताचे एकसमान वितरण आणि कमी किमतीमुळे, ते मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानामध्ये वापरले जाते, ज्यामध्ये कमी किमतीची आणि उच्च कार्यक्षमतेची वैशिष्ट्ये आहेत.

सोडियम आयन बॅटरीच्या सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमध्ये स्तरित संक्रमण धातू संयुगे, पॉलिनियन्स, संक्रमण धातू फॉस्फेट्स, कोर-शेल नॅनोपार्टिकल्स, धातू संयुगे, हार्ड कार्बन इ.

निसर्गात अत्यंत मुबलक साठा असलेला घटक म्हणून, कार्बन स्वस्त आणि मिळवण्यास सोपा आहे, आणि सोडियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्री म्हणून बरीच ओळख मिळवली आहे.

ग्राफिटायझेशनच्या डिग्रीनुसार, कार्बन सामग्री दोन श्रेणींमध्ये विभागली जाऊ शकते: ग्राफिक कार्बन आणि आकारहीन कार्बन.

हार्ड कार्बन, जो आकारहीन कार्बनचा आहे, सोडियम साठवण विशिष्ट क्षमता 300mAh/g प्रदर्शित करतो, तर उच्च प्रमाणात ग्राफिटायझेशनसह कार्बन सामग्री त्यांच्या मोठ्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळामुळे आणि मजबूत ऑर्डरमुळे व्यावसायिक वापरासाठी कठीण आहे.

म्हणून, गैर-ग्रेफाइट हार्ड कार्बन सामग्री प्रामुख्याने व्यावहारिक संशोधनात वापरली जाते.

सोडियम-आयन बॅटरीसाठी एनोड सामग्रीचे कार्यप्रदर्शन आणखी सुधारण्यासाठी, कार्बन सामग्रीची हायड्रोफिलिसिटी आणि चालकता आयन डोपिंग किंवा कंपाउंडिंगद्वारे सुधारली जाऊ शकते, ज्यामुळे कार्बन सामग्रीची ऊर्जा साठवण कार्यक्षमता वाढू शकते.

सोडियम आयन बॅटरीची नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून, धातूचे संयुगे प्रामुख्याने द्विमितीय मेटल कार्बाइड आणि नायट्राइड असतात.द्विमितीय सामग्रीच्या उत्कृष्ट वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, ते केवळ शोषण आणि इंटरकॅलेशनद्वारे सोडियम आयन संचयित करू शकत नाहीत, तर सोडियमसह देखील एकत्र करतात. आयनांचे संयोजन ऊर्जा संचयनासाठी रासायनिक अभिक्रियांद्वारे कॅपेसिटन्स तयार करते, ज्यामुळे ऊर्जा साठवण प्रभावामध्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होते.

उच्च किमतीमुळे आणि धातूची संयुगे मिळवण्यात अडचण असल्यामुळे, सोडियम-आयन बॅटरीसाठी कार्बन सामग्री अजूनही मुख्य एनोड सामग्री आहे.

स्तरित संक्रमण धातू संयुगे वाढ ग्राफीन शोध नंतर आहे.सध्या, सोडियम-आयन बॅटरीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या द्विमितीय सामग्रीमध्ये प्रामुख्याने सोडियम-आधारित स्तरित NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 इ.

पॉलिओनिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरिअल प्रथम लिथियम-आयन बॅटरी पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड्समध्ये वापरले गेले आणि नंतर सोडियम-आयन बॅटरीमध्ये वापरले गेले.महत्त्वाच्या प्रातिनिधिक सामग्रीमध्ये ऑलिव्हिन क्रिस्टल्स जसे की NaMnPO4 आणि NaFePO4 समाविष्ट आहेत.

संक्रमण धातू फॉस्फेट मूळतः लिथियम-आयन बॅटरीमध्ये सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून वापरली गेली.संश्लेषण प्रक्रिया तुलनेने परिपक्व आहे आणि अनेक क्रिस्टल संरचना आहेत.

फॉस्फेट, त्रि-आयामी रचना म्हणून, एक फ्रेमवर्क रचना तयार करते जी सोडियम आयनांच्या डिइंटरकलेशन आणि इंटरकॅलेशनसाठी अनुकूल असते आणि नंतर उत्कृष्ट ऊर्जा साठवण कार्यक्षमतेसह सोडियम-आयन बॅटरी प्राप्त करते.

कोअर-शेल स्ट्रक्चर मटेरियल ही सोडियम-आयन बॅटरीसाठी एक नवीन प्रकारची एनोड सामग्री आहे जी फक्त अलीकडच्या वर्षांत उदयास आली आहे.मूळ सामग्रीवर आधारित, या सामग्रीने उत्कृष्ट संरचनात्मक डिझाइनद्वारे पोकळ रचना प्राप्त केली आहे.

अधिक सामान्य कोर-शेल संरचना सामग्रीमध्ये पोकळ कोबाल्ट सेलेनाइड नॅनोक्यूब्स, Fe-N को-डोपेड कोर-शेल सोडियम व्हॅनडेट नॅनोस्फीअर्स, सच्छिद्र कार्बन पोकळ टिन ऑक्साइड नॅनोस्फीअर आणि इतर पोकळ रचनांचा समावेश होतो.

त्याच्या उत्कृष्ट वैशिष्ट्यांमुळे, जादुई पोकळ आणि सच्छिद्र संरचनेसह, अधिक इलेक्ट्रोकेमिकल क्रियाकलाप इलेक्ट्रोलाइटच्या संपर्कात येतात आणि त्याच वेळी, कार्यक्षम ऊर्जा संचयन साध्य करण्यासाठी ते इलेक्ट्रोलाइटच्या आयन गतिशीलतेला मोठ्या प्रमाणात प्रोत्साहन देते.

ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानाच्या विकासाला चालना देत जागतिक अक्षय ऊर्जा सतत वाढत आहे.

सध्या, विविध ऊर्जा साठवण पद्धतींनुसार, ते भौतिक ऊर्जा संचयन आणि विद्युत रासायनिक ऊर्जा संचयन मध्ये विभागले जाऊ शकते.

उच्च सुरक्षितता, कमी खर्च, लवचिक वापर आणि उच्च कार्यक्षमतेच्या फायद्यांमुळे इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा संचयन आजच्या नवीन ऊर्जा संचयन तंत्रज्ञानाच्या विकास मानकांची पूर्तता करते.

वेगवेगळ्या इलेक्ट्रोकेमिकल रिॲक्शन प्रक्रियेनुसार, इलेक्ट्रोकेमिकल एनर्जी स्टोरेज पॉवर स्त्रोतांमध्ये प्रामुख्याने सुपरकॅपॅसिटर, लीड-ॲसिड बॅटरी, इंधन उर्जा बॅटरी, निकेल-मेटल हायड्राइड बॅटरी, सोडियम-सल्फर बॅटरी आणि लिथियम-आयन बॅटरी यांचा समावेश होतो.

ऊर्जा साठवण तंत्रज्ञानामध्ये, लवचिक इलेक्ट्रोड सामग्रीने त्यांच्या डिझाइन विविधता, लवचिकता, कमी खर्च आणि पर्यावरण संरक्षण वैशिष्ट्यांमुळे अनेक शास्त्रज्ञांच्या संशोधनाच्या आवडींना आकर्षित केले आहे.

कार्बन सामग्रीमध्ये विशेष थर्मोकेमिकल स्थिरता, चांगली विद्युत चालकता, उच्च सामर्थ्य आणि असामान्य यांत्रिक गुणधर्म असतात, ज्यामुळे ते लिथियम-आयन बॅटरी आणि सोडियम-आयन बॅटरीसाठी आशादायक इलेक्ट्रोड बनवतात.

सुपरकॅपेसिटर त्वरीत चार्ज केले जाऊ शकतात आणि उच्च वर्तमान परिस्थितीत डिस्चार्ज केले जाऊ शकतात आणि त्यांचे चक्र आयुष्य 100,000 पेक्षा जास्त वेळा असते.ते कॅपेसिटर आणि बॅटरी दरम्यान विशेष इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा साठवण वीज पुरवठा एक नवीन प्रकार आहेत.

सुपरकॅपेसिटरमध्ये उच्च उर्जा घनता आणि उच्च ऊर्जा रूपांतरण दर ही वैशिष्ट्ये आहेत, परंतु त्यांची ऊर्जा घनता कमी आहे, ते स्वयं-डिस्चार्जसाठी प्रवण असतात आणि अयोग्यरित्या वापरल्यास ते इलेक्ट्रोलाइट गळतीस प्रवण असतात.

इंधन उर्जा सेलमध्ये चार्जिंग न करणे, मोठी क्षमता, उच्च विशिष्ट क्षमता आणि विस्तृत विशिष्ट उर्जा श्रेणीची वैशिष्ट्ये असली तरी, त्याचे उच्च ऑपरेटिंग तापमान, उच्च किमतीची किंमत आणि कमी ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता यामुळे ते केवळ व्यापारीकरण प्रक्रियेत उपलब्ध होते.विशिष्ट श्रेणींमध्ये वापरले जाते.

लीड-ऍसिड बॅटरीजमध्ये कमी किमतीचे, परिपक्व तंत्रज्ञान आणि उच्च सुरक्षिततेचे फायदे आहेत आणि सिग्नल बेस स्टेशन्स, इलेक्ट्रिक सायकली, ऑटोमोबाईल्स आणि ग्रिड एनर्जी स्टोरेजमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत.पर्यावरण प्रदूषित करणारे शॉर्ट बोर्ड ऊर्जा साठवण बॅटरीसाठी वाढत्या उच्च आवश्यकता आणि मानकांची पूर्तता करू शकत नाहीत.

Ni-MH बॅटरीमध्ये मजबूत अष्टपैलुत्व, कमी उष्मांक मूल्य, मोठी मोनोमर क्षमता आणि स्थिर डिस्चार्ज वैशिष्ट्ये आहेत, परंतु त्यांचे वजन तुलनेने मोठे आहे, आणि बॅटरी मालिका व्यवस्थापनात अनेक समस्या आहेत, ज्यामुळे एकल वितळणे सहज होऊ शकते. बॅटरी विभाजक.