Энергия ҳамчун асоси моддии пешрафти тамаддуни инсонӣ ҳамеша нақши муҳим бозидааст. Он кафолати ҳатмии рушди ҷомеаи инсонӣ мебошад. Он дар баробари об, ҳаво ва ғизо шароити заруриро барои зинда мондани инсон ташкил медиҳад ва ба ҳаёти инсон таъсири мустақим мерасонад.

Рушди саноати энергетика аз «даврони» ҳезум ба «даврони» ангишт ва сипас аз «даврони» ангишт ба «даврони» нафт ду тағйироти бузургро аз сар гузаронидааст. Акнун он аз «даврони» нафт ба «даврони» тағйирёбии энергияи барқароршаванда оғоз кардааст.

Аз ангишт ҳамчун манбаи асосӣ дар аввали асри 19 то нафт ҳамчун манбаи асосӣ дар миёнаҳои асри 20, инсоният беш аз 200 сол аст, ки аз энергияи истихроҷшаванда дар миқёси васеъ истифода мебарад. Аммо, сохтори энергетикии ҷаҳонӣ, ки аз ҷониби энергияи истихроҷшаванда бартарӣ дорад, онро дигар аз камшавии энергияи истихроҷшаванда дур намекунад.

Се интиқолдиҳандаи иқтисодии энергияи анъанавии истихроҷшаванда, ки аз ангишт, нафт ва гази табиӣ иборатанд, дар асри нав зуд тамом мешаванд ва дар раванди истифода ва сӯзишворӣ, онҳо инчунин таъсири гулхонаиро ба вуҷуд меоранд, миқдори зиёди ифлоскунандаҳоро ба вуҷуд меоранд ва муҳити зистро ифлос мекунанд.

Аз ин рӯ, кам кардани вобастагӣ аз энергияи истихроҷшаванда, тағир додани сохтори мавҷудаи истифодаи ғайриоқилонаи энергия ва ҷустуҷӯи энергияи нави барқароршавандаи тоза ва бидуни ифлосшавӣ муҳим аст.

Дар айни замон, энергияи барқароршаванда асосан энергияи бод, энергияи гидроген, энергияи офтоб, энергияи биомасса, энергияи мадд ва энергияи геотермалӣ ва ғайраро дар бар мегирад ва энергияи бод ва энергияи офтоб нуқтаҳои асосии таҳқиқот дар саросари ҷаҳон мебошанд.

Аммо, ба даст овардани табдилдиҳӣ ва нигоҳдории самараноки манбаъҳои гуногуни энергияи барқароршаванда ҳанӯз ҳам нисбатан душвор аст, ки истифодаи самараноки онҳоро душвор мегардонад.

Дар ин ҳолат, барои амалӣ кардани истифодаи самараноки энергияи нави барқароршаванда аз ҷониби инсон, таҳияи технологияи нави қулай ва самараноки нигоҳдории энергия зарур аст, ки ин низ дар таҳқиқоти иҷтимоии муосир нуқтаи муҳим аст.

Айни замон, батареяҳои литий-ион, ҳамчун яке аз батареяҳои дуюмдараҷаи самараноктарин, дар дастгоҳҳои гуногуни электронӣ, нақлиёт, кайҳонӣ ва дигар соҳаҳо васеъ истифода мешаванд ва дурнамои рушд душвортар аст.

Хусусиятҳои физикӣ ва химиявии натрий ва литий монанданд ва он дорои таъсири нигоҳдории энергия мебошад. Аз сабаби миқдори бой, тақсимоти якхелаи манбаи натрий ва нархи паст, он дар технологияи нигоҳдории энергия дар миқёси калон истифода мешавад, ки дорои хусусиятҳои арзон ва самаранокии баланд мебошад.

Маводҳои электроди мусбат ва манфии батареяҳои иони натрий иборатанд аз пайвастагиҳои металлҳои гузариши қабатӣ, полианионҳо, фосфатҳои металлҳои гузариш, нанозарраҳои пӯсти аслӣ, пайвастагиҳои металлӣ, карбони сахт ва ғайра.

Карбон ҳамчун унсуре, ки дар табиат захираҳои хеле фаровон дорад, арзон ва ба даст овардани он осон аст ва ҳамчун маводи анодӣ барои батареяҳои иони натрий эътирофи зиёд пайдо кардааст.

Вобаста ба дараҷаи графитизатсия, маводҳои карбонро ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: карбони графитӣ ва карбони аморфӣ.

Карбони сахт, ки ба карбони аморфӣ тааллуқ дорад, иқтидори махсуси нигоҳдории натрийро 300 мАч/г нишон медиҳад, дар ҳоле ки маводҳои карбон бо дараҷаи баланди графитизатсия аз сабаби масоҳати калон ва тартиби мустаҳками худ истифодаи тиҷоратиро душвор мегардонанд.

Аз ин рӯ, маводҳои сахти карбонии ғайриграфитӣ асосан дар таҳқиқоти амалӣ истифода мешаванд.

Барои боз ҳам беҳтар кардани кори маводҳои анодӣ барои батареяҳои иони натрий, гидрофилӣ ва гузаронандагии маводҳои карбонро метавон тавассути допинг ё пайвастагии ионҳо беҳтар кард, ки метавонад кори нигоҳдории энергияи маводҳои карбонро беҳтар созад.

Ҳамчун маводи электроди манфии батареяи иони натрий, пайвастагиҳои металлӣ асосан карбидҳо ва нитридҳои дученакаи металлӣ мебошанд. Илова бар хусусиятҳои аълои маводи дученака, онҳо на танҳо метавонанд ионҳои натрийро тавассути адсорбсия ва интеркалятсия нигоҳ доранд, балки бо натрий низ якҷоя мешаванд. Омезиши ионҳо тавассути реаксияҳои кимиёвӣ барои нигоҳдории энергия иқтидорро ба вуҷуд меорад ва бо ин васила таъсири нигоҳдории энергияро хеле беҳтар мекунад.

Аз сабаби арзиши баланд ва душвории ба даст овардани пайвастагиҳои металлӣ, маводҳои карбонӣ то ҳол маводи асосии анод барои батареяҳои иони натрий мебошанд.

Афзоиши пайвастагиҳои металлҳои гузариши қабатӣ пас аз кашфи графен ба амал омадааст. Дар айни замон, маводҳои дученака, ки дар батареяҳои иони натрий истифода мешаванд, асосан NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 ва ғайраҳои қабатии дар асоси натрий бударо дар бар мегиранд.

Маводҳои электродҳои мусбати полианионӣ аввал дар электродҳои мусбати батареяҳои литий-ион истифода мешуданд ва баъдтар дар батареяҳои ионии натрий истифода мешуданд. Маводҳои муҳими намояндагӣ кристаллҳои оливин ба монанди NaMnPO4 ва NaFePO4-ро дар бар мегиранд.

Фосфати металли гузариш дар аввал ҳамчун маводи электроди мусбат дар батареяҳои литий-ион истифода мешуд. Раванди синтез нисбатан пухта расидааст ва сохторҳои кристаллии зиёд мавҷуданд.

Фосфат, ҳамчун сохтори сеченака, сохтори чаҳорчӯбаро месозад, ки барои деинтеркалятсия ва интеркалятсияи ионҳои натрий мусоид аст ва сипас батареяҳои иони натрийро бо сифати аълои нигоҳдории энергия ба даст меорад.

Маводи сохтории аслӣ-пӯшакӣ як навъи нави маводи анодӣ барои батареяҳои иони натрий мебошад, ки танҳо дар солҳои охир пайдо шудааст. Бар асоси маводи аслӣ, ин мавод тавассути тарҳи беназири сохторӣ ба сохтори холӣ ноил шудааст.

Маводҳои сохтории маъмултарини ядро-пӯст нанокубҳои кобалт-селениди холӣ, наносфераҳои ванадати натрий бо қабати ядроии Fe-N, наносфераҳои карбони холӣ бо оксиди қалъагӣ ва дигар сохторҳои холӣ мебошанд.

Аз сабаби хусусиятҳои аълои он, дар якҷоягӣ бо сохтори ҷодугарии холӣ ва сӯрохдор, фаъолияти бештари электрохимиявӣ ба электролит дучор мешавад ва дар айни замон, он инчунин ҳаракати ионҳои электролитро барои ба даст овардани нигоҳдории самараноки энергия хеле мусоидат мекунад.

Истифодаи энергияи барқароршавандаи ҷаҳонӣ дар ҳоли афзоиш аст, ки рушди технологияи нигоҳдории энергияро таъмин мекунад.

Дар айни замон, мувофиқи усулҳои гуногуни нигоҳдории энергия, онро метавон ба нигоҳдории физикии энергия ва нигоҳдории электрохимиявӣ тақсим кард.

Нигоҳдории энергияи электрохимиявӣ ба стандартҳои рушди технологияи нави нигоҳдории энергияи имрӯза бинобар бартариҳои худ аз қабили бехатарии баланд, арзиши паст, истифодаи чандир ва самаранокии баланд ҷавобгӯ мебошад.

Мувофиқи равандҳои гуногуни реаксияи электрохимиявӣ, манбаъҳои нигоҳдории энергияи электрохимиявӣ асосан суперконденсаторҳо, батареяҳои сурб-кислота, батареяҳои қувваи сӯзишворӣ, батареяҳои никел-металли гидридӣ, батареяҳои натрий-сулфур ва батареяҳои литий-ионро дар бар мегиранд.

Дар технологияи нигоҳдории энергия, маводҳои чандири электродӣ аз сабаби гуногунии тарроҳӣ, чандирӣ, арзиши паст ва хусусиятҳои ҳифзи муҳити зист таваҷҷӯҳи тадқиқотии бисёр олимонро ҷалб кардаанд.

Маводҳои карбон дорои устувории махсуси термохимиявӣ, гузаронандагии хуби барқӣ, мустаҳкамии баланд ва хосиятҳои ғайриоддии механикӣ мебошанд, ки онҳоро электродҳои умедбахш барои батареяҳои литий-ион ва батареяҳои иони натрий мегардонанд.

Суперконденсаторҳоро дар шароити ҷараёни баланд зуд пур кардан ва холӣ кардан мумкин аст ва мӯҳлати истифодаи онҳо беш аз 100,000 маротиба аст. Онҳо як навъи нави манбаи махсуси нигоҳдории энергияи электрохимиявӣ байни конденсаторҳо ва батареяҳо мебошанд.

Суперконденсаторҳо хусусиятҳои зичии баланди қувва ва суръати баланди табдили энергияро доранд, аммо зичии энергияи онҳо паст аст, онҳо майл ба худхолӣ доранд ва ҳангоми истифодаи нодуруст ба ихроҷи электролитҳо майл доранд.

Гарчанде ки батареяи барқии сӯзишворӣ хусусиятҳои бе пуркунӣ, иқтидори калон, иқтидори хоси баланд ва диапазони васеи қувваи хосро дорад, ҳарорати баланди корӣ, нархи баланди хароҷот ва самаранокии пасти табдили энергия онро танҳо дар раванди тиҷоратӣ дастрас мегардонад ва дар баъзе категорияҳо истифода мешавад.

Батареяҳои сурб-кислота бартариҳои арзон, технологияи пешрафта ва бехатарии баландро доранд ва дар истгоҳҳои пойгоҳи сигнал, велосипедҳои барқӣ, автомобилҳо ва нигоҳдории энергияи шабакавӣ васеъ истифода мешаванд. Тахтаҳои кӯтоҳ, ба монанди ифлос кардани муҳити зист, наметавонанд ба талабот ва стандартҳои рӯзафзуни батареяҳои нигоҳдории энергия ҷавобгӯ бошанд.

Батареяҳои Ni-MH хусусиятҳои чандирии қавӣ, арзиши ками гармӣ, иқтидори калони мономер ва хусусиятҳои разряди устуворро доранд, аммо вазни онҳо нисбатан калон аст ва дар идоракунии силсилавии батареяҳо мушкилоти зиёде мавҷуданд, ки метавонанд ба осонӣ боиси обшавии ҷудокунакҳои ягонаи батарея шаванд.