İnsan uygarlığının ilerlemesinin maddi temeli olan enerji, her zaman önemli bir rol oynamıştır. İnsan toplumunun gelişmesi için vazgeçilmez bir güvencedir. Su, hava ve gıda ile birlikte, insan yaşamı için gerekli koşulları oluşturur ve insan yaşamını doğrudan etkiler.

Enerji sektörünün gelişimi, "odun çağı"ndan "kömür çağı"na ve ardından "kömür çağı"ndan "petrol çağı"na olmak üzere iki büyük dönüşüm geçirmiştir. Şimdi ise "petrol çağı"ndan "yenilenebilir enerji çağı"na doğru bir değişim başlamıştır.

19. yüzyılın başlarında ana enerji kaynağı kömürden, 20. yüzyılın ortalarında ana enerji kaynağı petrole kadar, insanlar 200 yıldan fazla bir süre boyunca büyük ölçekte fosil enerji kullandılar. Ancak, fosil enerjinin hakim olduğu küresel enerji yapısı, fosil enerjinin tükenmesinden artık çok uzak olmadığımız anlamına geliyor.

Kömür, petrol ve doğal gaz gibi geleneksel üç fosil enerji kaynağı yeni yüzyılda hızla tükenecek ve kullanım ve yanma süreçlerinde sera etkisi yaratacak, büyük miktarda kirletici madde üretecek ve çevreyi kirletecektir.

Bu nedenle, fosil enerjiye olan bağımlılığı azaltmak, mevcut akıl dışı enerji kullanım yapısını değiştirmek ve temiz ve kirlilik yaratmayan yeni yenilenebilir enerji kaynakları aramak zorunludur.

Günümüzde yenilenebilir enerji esas olarak rüzgar enerjisi, hidrojen enerjisi, güneş enerjisi, biyokütle enerjisi, gelgit enerjisi ve jeotermal enerji vb. içerir ve rüzgar enerjisi ile güneş enerjisi dünya çapında güncel araştırma alanlarıdır.

Ancak, çeşitli yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli bir şekilde dönüştürülmesi ve depolanması hala nispeten zordur ve bu da bunların etkin bir şekilde kullanılmasını zorlaştırmaktadır.

Bu durumda, insanların yeni yenilenebilir enerjiden etkin bir şekilde yararlanabilmesi için, kullanışlı ve verimli yeni enerji depolama teknolojilerinin geliştirilmesi gerekmektedir; bu da güncel sosyal araştırmaların önemli bir konusudur.

Günümüzde, en verimli ikincil bataryalardan biri olan lityum iyon piller, çeşitli elektronik cihazlarda, ulaşımda, havacılıkta ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak gelişim перспектиfleri daha da zorlaşmaktadır.

Sodyum ve lityumun fiziksel ve kimyasal özellikleri benzerdir ve enerji depolama etkisi gösterirler. Zengin içeriği, sodyum kaynağının homojen dağılımı ve düşük fiyatı nedeniyle, düşük maliyet ve yüksek verimlilik özelliklerine sahip büyük ölçekli enerji depolama teknolojisinde kullanılırlar.

Sodyum iyon pillerinin pozitif ve negatif elektrot malzemeleri arasında katmanlı geçiş metal bileşikleri, polianyonlar, geçiş metal fosfatları, çekirdek-kabuk nanopartiküller, metal bileşikleri, sert karbon vb. yer almaktadır.

Doğada son derece bol miktarda bulunan bir element olan karbon, ucuz ve kolay elde edilebilir olması nedeniyle sodyum iyon piller için anot malzemesi olarak büyük beğeni toplamıştır.

Grafitleşme derecesine göre karbon malzemeler iki kategoriye ayrılabilir: grafitik karbon ve amorf karbon.

Amorf karbona ait olan sert karbon, 300 mAh/g'lık özgül sodyum depolama kapasitesi sergilerken, daha yüksek derecede grafitizasyona sahip karbon malzemeler, geniş yüzey alanları ve güçlü düzenleri nedeniyle ticari kullanıma uygun hale gelmekte zorlanmaktadır.

Bu nedenle, grafit içermeyen sert karbon malzemeler ağırlıklı olarak pratik araştırmalarda kullanılmaktadır.

Sodyum iyon piller için anot malzemelerinin performansını daha da iyileştirmek amacıyla, iyon dopingi veya bileşik oluşturma yoluyla karbon malzemelerin hidrofilitesi ve iletkenliği artırılabilir; bu da karbon malzemelerin enerji depolama performansını yükseltebilir.

Sodyum iyon pillerinin negatif elektrot malzemesi olarak metal bileşikleri esas olarak iki boyutlu metal karbürler ve nitrürlerdir. İki boyutlu malzemelerin mükemmel özelliklerine ek olarak, sadece adsorpsiyon ve interkalasyon yoluyla sodyum iyonlarını depolamakla kalmaz, aynı zamanda sodyum iyonlarıyla birleşerek kimyasal reaksiyonlar yoluyla kapasitans oluşturarak enerji depolamayı da sağlarlar ve böylece enerji depolama etkisini büyük ölçüde artırırlar.

Metal bileşiklerinin yüksek maliyeti ve elde edilmesindeki zorluk nedeniyle, karbon malzemeler hala sodyum iyon piller için ana anot malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Katmanlı geçiş metal bileşiklerinin yükselişi, grafenin keşfinden sonra gerçekleşmiştir. Şu anda sodyum iyon pillerinde kullanılan iki boyutlu malzemeler başlıca sodyum bazlı katmanlı NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 vb. bileşikleri içermektedir.

Polianyonik pozitif elektrot malzemeleri ilk olarak lityum iyon pillerin pozitif elektrotlarında, daha sonra da sodyum iyon pillerde kullanılmıştır. Önemli temsilci malzemeler arasında NaMnPO4 ve NaFePO4 gibi olivin kristalleri yer almaktadır.

Geçiş metal fosfatı başlangıçta lityum iyon pillerde pozitif elektrot malzemesi olarak kullanılmıştır. Sentez süreci nispeten olgunlaşmıştır ve birçok kristal yapısı mevcuttur.

Üç boyutlu bir yapı olan fosfat, sodyum iyonlarının deinterkalasyonuna ve interkalasyonuna elverişli bir çerçeve yapısı oluşturarak mükemmel enerji depolama performansına sahip sodyum iyon pilleri elde edilmesini sağlar.

Çekirdek-kabuk yapılı malzeme, son yıllarda ortaya çıkan sodyum iyon piller için yeni bir anot malzemesi türüdür. Orijinal malzemeler temel alınarak, bu malzeme mükemmel yapısal tasarım sayesinde içi boş bir yapı elde etmiştir.

Daha yaygın çekirdek-kabuk yapılı malzemeler arasında içi boş kobalt selenit nanoküpler, Fe-N katkılı çekirdek-kabuk sodyum vanadat nanoküreler, gözenekli karbon içi boş kalay oksit nanoküreler ve diğer içi boş yapılar yer almaktadır.

Mükemmel özellikleri ve sihirli içi boş ve gözenekli yapısı sayesinde, elektrolitin daha fazla elektrokimyasal aktiviteye maruz kalması sağlanır ve aynı zamanda elektrolitin iyon hareketliliğini büyük ölçüde artırarak verimli enerji depolama elde edilir.

Küresel yenilenebilir enerji kullanımı artmaya devam ediyor ve bu da enerji depolama teknolojisinin gelişimini teşvik ediyor.

Günümüzde, farklı enerji depolama yöntemlerine göre, enerji depolama fiziksel enerji depolama ve elektrokimyasal enerji depolama olmak üzere ikiye ayrılabilir.

Elektrokimyasal enerji depolama, yüksek güvenlik, düşük maliyet, esnek kullanım ve yüksek verimlilik gibi avantajları sayesinde günümüzün yeni enerji depolama teknolojisinin gelişim standartlarını karşılamaktadır.

Farklı elektrokimyasal reaksiyon süreçlerine göre, elektrokimyasal enerji depolama güç kaynakları başlıca süper kapasitörler, kurşun-asit bataryalar, yakıtla çalışan bataryalar, nikel-metal hidrit bataryalar, sodyum-kükürt bataryalar ve lityum-iyon bataryaları içerir.

Enerji depolama teknolojisinde, esnek elektrot malzemeleri, tasarım çeşitliliği, esneklik, düşük maliyet ve çevre koruma özellikleri nedeniyle birçok bilim insanının araştırma ilgisini çekmiştir.

Karbon malzemeler, özel termokimyasal kararlılıkları, iyi elektriksel iletkenlikleri, yüksek mukavemetleri ve sıra dışı mekanik özellikleri sayesinde lityum iyon piller ve sodyum iyon piller için gelecek vaat eden elektrotlar olarak öne çıkmaktadır.

Süperkapasitörler, yüksek akım koşullarında hızlı bir şekilde şarj ve deşarj edilebilir ve 100.000'den fazla çevrim ömrüne sahiptir. Kondansatörler ve piller arasında yer alan yeni bir özel elektrokimyasal enerji depolama güç kaynağı türüdür.

Süperkapasitörler yüksek güç yoğunluğu ve yüksek enerji dönüşüm oranı özelliklerine sahiptir, ancak enerji yoğunlukları düşüktür, kendiliğinden deşarj olmaya eğilimlidirler ve yanlış kullanıldıklarında elektrolit sızıntısına yatkındırlar.

Yakıt hücresi, şarj gerektirmemesi, yüksek kapasitesi, yüksek özgül kapasitesi ve geniş özgül güç aralığı gibi özelliklere sahip olmasına rağmen, yüksek çalışma sıcaklığı, yüksek maliyeti ve düşük enerji dönüşüm verimliliği nedeniyle ticarileştirme sürecinde yalnızca belirli kategorilerde kullanılabilmektedir.

Kurşun-asit bataryalar düşük maliyet, olgun teknoloji ve yüksek güvenlik avantajlarına sahip olup sinyal baz istasyonlarında, elektrikli bisikletlerde, otomobillerde ve şebeke enerji depolamasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak çevre kirliliği gibi dezavantajları nedeniyle, enerji depolama bataryaları için giderek yükselen gereksinim ve standartları karşılayamamaktadır.

Ni-MH piller, yüksek çok yönlülük, düşük ısı değeri, yüksek monomer kapasitesi ve kararlı deşarj özellikleri gibi özelliklere sahiptir, ancak ağırlıkları nispeten fazladır ve pil seri yönetiminde birçok sorun yaşanabilir; bu da tek bir pil ayırıcısının kolayca erimesine yol açabilir.