Enerji, insan sivilizasiyasının tərəqqisinin maddi əsası olaraq, həmişə mühüm rol oynayıb. O, insan cəmiyyətinin inkişafı üçün əvəzolunmaz bir təminatdır. Su, hava və qida ilə birlikdə, insanın yaşaması üçün zəruri şərtləri təşkil edir və insan həyatına birbaşa təsir göstərir.

Enerji sənayesinin inkişafı odun “dövründən” kömür “dövrünə” və daha sonra kömür “dövründən” neft “dövrünə” iki əsas transformasiyaya məruz qalmışdır. İndi isə neft “dövründən” bərpa olunan enerji dəyişikliyi “dövrünə” keçməyə başlamışdır.

19-cu əsrin əvvəllərində əsas mənbə kimi kömürdən 20-ci əsrin ortalarında əsas mənbə kimi neftə qədər insanlar 200 ildən çoxdur ki, qalıq enerjisindən geniş miqyasda istifadə edirlər. Lakin, qalıq enerjisinin üstünlük təşkil etdiyi qlobal enerji strukturu artıq qalıq enerjisinin tükənməsindən uzaq deyil.

Kömür, neft və təbii qaz kimi üç ənənəvi qazıntı enerjisi daşıyıcısı yeni əsrdə sürətlə tükənəcək və istifadə və yanma prosesində istixana effektinə səbəb olacaq, çoxlu miqdarda çirkləndirici maddələr yaradacaq və ətraf mühiti çirkləndirəcək.

Buna görə də, qalıq enerjidən asılılığı azaltmaq, mövcud irrasional enerji istifadəsi strukturunu dəyişdirmək və təmiz və çirklənmədən azad yeni bərpa olunan enerji mənbələri axtarmaq vacibdir.

Hazırda bərpa olunan enerjiyə əsasən külək enerjisi, hidrogen enerjisi, günəş enerjisi, biokütlə enerjisi, qabarma-çəkilmə enerjisi və geotermal enerji və s. daxildir və külək enerjisi və günəş enerjisi dünya miqyasında hazırda tədqiqat mərkəzləridir.

Bununla belə, müxtəlif bərpa olunan enerji mənbələrinin səmərəli çevrilməsi və saxlanmasına nail olmaq hələ də nisbətən çətindir və bu da onlardan səmərəli istifadəni çətinləşdirir.

Bu halda, insanlar tərəfindən yeni bərpa olunan enerjidən effektiv istifadəni həyata keçirmək üçün əlverişli və səmərəli yeni enerji saxlama texnologiyası inkişaf etdirmək lazımdır ki, bu da mövcud sosial tədqiqatlarda da aktual mövzudur.

Hazırda ən səmərəli ikinci dərəcəli batareyalardan biri olan litium-ion batareyaları müxtəlif elektron cihazlarda, nəqliyyatda, aerokosmik və digər sahələrdə geniş istifadə olunur, inkişaf perspektivləri daha çətindir.

Natrium və litiumun fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri oxşardır və enerji saxlama təsirinə malikdir. Zəngin tərkibi, natrium mənbəyinin vahid paylanması və aşağı qiyməti səbəbindən aşağı qiymət və yüksək səmərəlilik xüsusiyyətlərinə malik genişmiqyaslı enerji saxlama texnologiyasında istifadə olunur.

Natrium ion batareyalarının müsbət və mənfi elektrod materiallarına laylı keçid metal birləşmələri, polianionlar, keçid metal fosfatları, nüvəli qabıqlı nanopartiküllər, metal birləşmələri, sərt karbon və s. daxildir.

Təbiətdə olduqca bol ehtiyatlara malik bir element olan karbon ucuz və asanlıqla əldə edilə bilən bir elementdir və natrium-ion batareyaları üçün anod materialı kimi geniş tanınır.

Qrafitləşmə dərəcəsinə görə karbon materialları iki kateqoriyaya bölünə bilər: qrafit karbon və amorf karbon.

Amorf karbona aid olan sərt karbon 300 mAh/q natrium saxlama tutumuna malikdir, daha yüksək qrafitləşmə dərəcəsinə malik karbon materialları isə böyük səth sahəsi və güclü nizamı səbəbindən kommersiya məqsədləri üçün istifadə etmək çətindir.

Buna görə də, qrafit olmayan sərt karbon materialları əsasən praktik tədqiqatlarda istifadə olunur.

Natrium-ion batareyaları üçün anod materiallarının işini daha da yaxşılaşdırmaq üçün karbon materiallarının hidrofilliyi və keçiriciliyi ion dopinqi və ya birləşmə yolu ilə yaxşılaşdırıla bilər ki, bu da karbon materiallarının enerji saxlama performansını artıra bilər.

Natrium ion batareyasının mənfi elektrod materialı kimi metal birləşmələri əsasən ikiölçülü metal karbidləri və nitridləridir. İkiölçülü materialların əla xüsusiyyətlərinə əlavə olaraq, onlar yalnız adsorbsiya və interkalasiya yolu ilə natrium ionlarını saxlaya bilməz, həm də natriumla birləşə bilər. İonların birləşməsi enerjinin saxlanması üçün kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə tutum yaradır və bununla da enerjinin saxlanması effektini xeyli yaxşılaşdırır.

Metal birləşmələrinin yüksək qiyməti və əldə edilməsinin çətinliyi səbəbindən karbon materialları hələ də natrium-ion batareyaları üçün əsas anod materiallarıdır.

Laylı keçid metal birləşmələrinin yüksəlişi qrafenin kəşfindən sonra baş verir. Hazırda natrium-ion batareyalarında istifadə olunan ikiölçülü materiallar əsasən natrium əsaslı laylı NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 və s.-ni əhatə edir.

Polianionik müsbət elektrod materialları əvvəlcə litium-ion batareyalı müsbət elektrodlarda, daha sonra isə natrium-ion batareyalarında istifadə edilmişdir. Mühüm təmsilçi materiallara NaMnPO4 və NaFePO4 kimi olivin kristalları daxildir.

Keçid metal fosfatı əvvəlcə litium-ion batareyalarında müsbət elektrod materialı kimi istifadə edilmişdir. Sintez prosesi nisbətən yetkindir və bir çox kristal quruluşa malikdir.

Fosfat, üçölçülü bir quruluş olaraq, natrium ionlarının deinterkalasiyası və interkalasiyasına əlverişli bir çərçivə quruluşu qurur və sonra əla enerji saxlama performansına malik natrium-ion batareyaları əldə edir.

Nüvə-qabıqlı struktur materialı, son illərdə ortaya çıxan natrium-ion batareyaları üçün yeni bir anod materialıdır. Orijinal materiallara əsaslanaraq, bu material incə struktur dizaynı sayəsində boş bir quruluşa nail olmuşdur.

Daha çox yayılmış nüvə-qabıqlı struktur materiallarına içiboş kobalt selenid nanokubları, Fe-N ilə birgə aşqarlanmış nüvə-qabıqlı natrium vanadat nanosferləri, məsaməli karbon içiboş qalay oksidi nanosferləri və digər içiboş strukturlar daxildir.

Mükəmməl xüsusiyyətləri, sehrli içi boş və məsaməli quruluşu ilə birlikdə elektrolitə daha çox elektrokimyəvi aktivlik məruz qalır və eyni zamanda səmərəli enerji saxlama qabiliyyətinə nail olmaq üçün elektrolitin ion hərəkətliliyini də artırır.

Qlobal bərpa olunan enerji mənbələri artmaqda davam edir və bu da enerji saxlama texnologiyalarının inkişafını təşviq edir.

Hazırda müxtəlif enerji saxlama metodlarına görə, fiziki enerji saxlama və elektrokimyəvi enerji saxlama bölmək olar.

Elektrokimyəvi enerji saxlama, yüksək təhlükəsizlik, aşağı qiymət, çevik istifadə və yüksək səmərəlilik kimi üstünlüklərinə görə bugünkü yeni enerji saxlama texnologiyasının inkişaf standartlarına cavab verir.

Müxtəlif elektrokimyəvi reaksiya proseslərinə görə, elektrokimyəvi enerji saxlama enerji mənbələrinə əsasən superkondensatorlar, qurğuşun-turşu batareyaları, yanacaq enerjisi batareyaları, nikel-metal hidrid batareyaları, natrium-kükürd batareyaları və litium-ion batareyaları daxildir.

Enerji saxlama texnologiyasında elastik elektrod materialları dizayn müxtəlifliyi, elastikliyi, aşağı qiyməti və ətraf mühitin qorunması xüsusiyyətlərinə görə bir çox alimlərin tədqiqat maraqlarını cəlb etmişdir.

Karbon materialları xüsusi termokimyəvi stabilliyə, yaxşı elektrik keçiriciliyinə, yüksək möhkəmliyə və qeyri-adi mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir, bu da onları litium-ion batareyaları və natrium-ion batareyaları üçün perspektivli elektrodlar halına gətirir.

Superkondensatorlar yüksək cərəyan şəraitində tez bir zamanda doldurula və boşaldıla bilər və dövri ömrü 100.000 dəfədən çoxdur. Onlar kondensatorlar və batareyalar arasında yeni tip xüsusi elektrokimyəvi enerji saxlama enerji təchizatıdır.

Superkondensatorlar yüksək güc sıxlığı və yüksək enerji çevrilmə sürəti xüsusiyyətlərinə malikdir, lakin onların enerji sıxlığı aşağıdır, öz-özünə boşalmaya meyllidir və düzgün istifadə edilmədikdə elektrolit sızmasına meyllidir.

Yanacaq enerji elementi doldurulmayan, böyük tutumlu, yüksək xüsusi tutumlu və geniş xüsusi güc diapazonlu xüsusiyyətlərinə malik olsa da, yüksək işləmə temperaturu, yüksək maya dəyəri və aşağı enerji çevrilmə səmərəliliyi onu yalnız müəyyən kateqoriyalarda kommersiyalaşdırma prosesində mövcud edir.

Qurğuşun-turşu batareyaları aşağı qiymət, yetkin texnologiya və yüksək təhlükəsizlik kimi üstünlüklərə malikdir və siqnal baza stansiyalarında, elektrik velosipedlərində, avtomobillərdə və şəbəkə enerji saxlama sistemlərində geniş istifadə olunur. Ətraf mühiti çirkləndirmək kimi qısa lövhələr enerji saxlama batareyaları üçün getdikcə daha yüksək tələblərə və standartlara cavab verə bilmir.

Ni-MH batareyaları güclü çox yönlülük, aşağı kalorililik dəyəri, böyük monomer tutumu və sabit boşalma xüsusiyyətlərinə malikdir, lakin onların çəkisi nisbətən böyükdür və batareya seriyasının idarə edilməsində bir çox problem var ki, bu da tək batareya ayırıcılarının əriməsinə səbəb ola bilər.