ენერგია, როგორც ადამიანური ცივილიზაციის პროგრესის მატერიალური საფუძველი, ყოველთვის მნიშვნელოვან როლს თამაშობდა. ის ადამიანური საზოგადოების განვითარების შეუცვლელი გარანტიაა. წყალთან, ჰაერთან და საკვებთან ერთად, ის ადამიანის გადარჩენის აუცილებელ პირობებს წარმოადგენს და პირდაპირ გავლენას ახდენს ადამიანის ცხოვრებაზე.

ენერგეტიკის ინდუსტრიის განვითარებამ ორი ძირითადი ტრანსფორმაცია განიცადა შეშის „ეპოქიდან“ ნახშირის „ეპოქამდე“, შემდეგ კი ნახშირის „ეპოქიდან“ ნავთობის „ეპოქამდე“. ახლა კი დაიწყო ცვლილება ნავთობის „ეპოქიდან“ განახლებადი ენერგიის ცვლილების „ეპოქამდე“.

მე-19 საუკუნის დასაწყისში ქვანახშირიდან, როგორც მთავარი წყაროდან მე-20 საუკუნის შუა ხანებში ნავთობამდე, ადამიანები წიაღისეული ენერგიის ფართომასშტაბიან გამოყენებას 200 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ახორციელებდნენ. თუმცა, წიაღისეული ენერგიის მიერ დომინირებული გლობალური ენერგეტიკული სტრუქტურა იმას ნიშნავს, რომ წიაღისეული ენერგიის ამოწურვასთან ახლოს აღარ არის.

სამი ტრადიციული წიაღისეული ენერგიის ეკონომიკური მატარებელი, რომლებიც წარმოდგენილია ქვანახშირით, ნავთობითა და ბუნებრივი აირით, სწრაფად ამოიწურება ახალ საუკუნეში და გამოყენებისა და წვის პროცესში, ეს ასევე გამოიწვევს სათბურის ეფექტს, წარმოქმნის დიდი რაოდენობით დამაბინძურებლებს და დააბინძურებს გარემოს.

ამიტომ, აუცილებელია შემცირდეს წიაღისეული საწვავის ენერგიაზე დამოკიდებულება, შეიცვალოს ენერგიის მოხმარების არსებული ირაციონალური სტრუქტურა და მოიძიოთ სუფთა და დაბინძურებისგან თავისუფალი ახალი განახლებადი ენერგია.

ამჟამად, განახლებადი ენერგია ძირითადად მოიცავს ქარის ენერგიას, წყალბადის ენერგიას, მზის ენერგიას, ბიომასის ენერგიას, მოქცევის ენერგიას და გეოთერმულ ენერგიას და ა.შ., ხოლო ქარის და მზის ენერგია მსოფლიო მასშტაბით კვლევის ცხელ წერტილებს წარმოადგენს.

თუმცა, სხვადასხვა განახლებადი ენერგიის წყაროების ეფექტური გარდაქმნისა და შენახვის მიღწევა კვლავ შედარებით რთულია, რაც ართულებს მათ ეფექტურ გამოყენებას.

ამ შემთხვევაში, ადამიანის მიერ ახალი განახლებადი ენერგიის ეფექტური გამოყენების რეალიზებისთვის აუცილებელია ენერგიის შენახვის მოსახერხებელი და ეფექტური ახალი ტექნოლოგიების შემუშავება, რაც ასევე აქტუალურია თანამედროვე სოციალურ კვლევებში.

ამჟამად, ლითიუმ-იონური აკუმულატორები, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური მეორადი აკუმულატორი, ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ელექტრონულ მოწყობილობაში, ტრანსპორტში, აერონავტიკასა და სხვა სფეროებში. განვითარების პერსპექტივები უფრო რთულია.

ნატრიუმისა და ლითიუმის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები მსგავსია და მას აქვს ენერგიის დაგროვების ეფექტი. მისი მდიდარი შემცველობის, ნატრიუმის წყაროს ერთგვაროვანი განაწილებისა და დაბალი ფასის გამო, იგი გამოიყენება ფართომასშტაბიანი ენერგიის დაგროვების ტექნოლოგიაში, რომელსაც ახასიათებს დაბალი ღირებულება და მაღალი ეფექტურობა.

ნატრიუმის იონური ბატარეების დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების მასალები მოიცავს ფენებად დაყოფილ გარდამავალი ლითონების ნაერთებს, პოლიანიონებს, გარდამავალი ლითონების ფოსფატებს, ბირთვ-გარსიან ნანონაწილაკებს, ლითონის ნაერთებს, მყარ ნახშირბადს და ა.შ.

როგორც ბუნებაში უხვი მარაგის მქონე ელემენტი, ნახშირბადი იაფი და ადვილად მოსაპოვებელია და დიდი აღიარება მოიპოვა, როგორც ნატრიუმ-იონური ბატარეების ანოდური მასალა.

გრაფიტიზაციის ხარისხის მიხედვით, ნახშირბადის მასალები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: გრაფიტული ნახშირბადი და ამორფული ნახშირბადი.

მყარი ნახშირბადი, რომელიც ამორფულ ნახშირბადს მიეკუთვნება, 300 mAh/g ნატრიუმის შენახვის სპეციფიკურ ტევადობას ავლენს, მაშინ როდესაც გრაფიტიზაციის უფრო მაღალი ხარისხის მქონე ნახშირბადის მასალები კომერციულ გამოყენებაში რთულია მათი დიდი ზედაპირის ფართობისა და ძლიერი მოწესრიგებულობის გამო.

ამიტომ, არაგრაფიტული მყარი ნახშირბადის მასალები ძირითადად გამოიყენება პრაქტიკულ კვლევაში.

ნატრიუმ-იონური ბატარეებისთვის ანოდური მასალების მუშაობის კიდევ უფრო გასაუმჯობესებლად, ნახშირბადის მასალების ჰიდროფილურობა და გამტარობა შეიძლება გაუმჯობესდეს იონური დოპინგის ან ნაერთის გამოყენებით, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს ნახშირბადის მასალების ენერგიის შენახვის მუშაობა.

ნატრიუმის იონური ბატარეის უარყოფითი ელექტროდის მასალად, ლითონის ნაერთები ძირითადად ორგანზომილებიანი ლითონის კარბიდები და ნიტრიდებია. ორგანზომილებიანი მასალების შესანიშნავი მახასიათებლების გარდა, მათ შეუძლიათ არა მხოლოდ ნატრიუმის იონების შენახვა ადსორბციისა და ინტერკალაციის გზით, არამედ ნატრიუმთან შერწყმაც. იონების კომბინაცია ქიმიური რეაქციების მეშვეობით წარმოქმნის ტევადობას ენერგიის შესანახად, რითაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ენერგიის შენახვის ეფექტს.

ლითონის ნაერთების მიღების მაღალი ღირებულებისა და სირთულის გამო, ნახშირბადის მასალები კვლავ ნატრიუმ-იონური ბატარეების მთავარ ანოდურ მასალებს წარმოადგენს.

ფენოვანი გარდამავალი ლითონების ნაერთების გაჩენა გრაფენის აღმოჩენის შემდეგ დაიწყო. ამჟამად, ნატრიუმ-იონურ ბატარეებში გამოყენებული ორგანზომილებიანი მასალები ძირითადად მოიცავს ნატრიუმზე დაფუძნებულ ფენოვან NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 და ა.შ.

პოლიანიონური დადებითი ელექტროდის მასალები თავდაპირველად ლითიუმ-იონური აკუმულატორების დადებით ელექტროდებში გამოიყენეს, ხოლო მოგვიანებით ნატრიუმ-იონურ აკუმულატორებში. მნიშვნელოვან წარმომადგენლობით მასალებს მიეკუთვნება ოლივინის კრისტალები, როგორიცაა NaMnPO4 და NaFePO4.

გარდამავალი ლითონის ფოსფატი თავდაპირველად ლითიუმ-იონურ ბატარეებში დადებითი ელექტროდის მასალად გამოიყენებოდა. სინთეზის პროცესი შედარებით განვითარებულია და არსებობს მრავალი კრისტალური სტრუქტურა.

ფოსფატი, როგორც სამგანზომილებიანი სტრუქტურა, ქმნის ჩარჩო სტრუქტურას, რომელიც ხელს უწყობს ნატრიუმის იონების დეინტერკალაციას და ინტერკალაციას, რის შემდეგაც მიიღება ნატრიუმის იონური ბატარეები შესანიშნავი ენერგიის შენახვის მახასიათებლებით.

ბირთვ-გარსიანი სტრუქტურის მასალა ნატრიუმ-იონური აკუმულატორებისთვის ანოდური მასალის ახალი ტიპია, რომელიც მხოლოდ ბოლო წლებში გაჩნდა. ორიგინალ მასალებზე დაყრდნობით, ამ მასალამ დახვეწილი სტრუქტურული დიზაინის წყალობით ღრუ სტრუქტურა მიიღო.

უფრო გავრცელებული ბირთვ-გარსიანი სტრუქტურის მასალებია ღრუ კობალტის სელენიდის ნანოკუბები, Fe-N კოდოპირებული ბირთვ-გარსიანი ნატრიუმის ვანადატის ნანოსფეროები, ფოროვანი ნახშირბადის ღრუ კალის ოქსიდის ნანოსფეროები და სხვა ღრუ სტრუქტურები.

მისი შესანიშნავი მახასიათებლების, ჯადოსნურ ღრუ და ფოროვან სტრუქტურასთან ერთად, ელექტროლიტი უფრო მეტ ელექტროქიმიურ აქტივობას განიცდის და ამავდროულად, ის მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს ელექტროლიტის იონების მობილობას ენერგიის ეფექტური შენახვის მისაღწევად.

გლობალური განახლებადი ენერგიის წყაროები აგრძელებენ ზრდას, რაც ხელს უწყობს ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიების განვითარებას.

ამჟამად, ენერგიის შენახვის სხვადასხვა მეთოდის მიხედვით, ის შეიძლება დაიყოს ფიზიკურ ენერგიის შენახვად და ელექტროქიმიურ ენერგიის შენახვად.

ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვა აკმაყოფილებს დღევანდელი ახალი ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიის განვითარების სტანდარტებს მისი უპირატესობების გამო, როგორიცაა მაღალი უსაფრთხოება, დაბალი ღირებულება, მოქნილი გამოყენება და მაღალი ეფექტურობა.

სხვადასხვა ელექტროქიმიური რეაქციის პროცესების მიხედვით, ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვის ენერგიის წყაროები ძირითადად მოიცავს სუპერკონდენსატორებს, ტყვიის მჟავას აკუმულატორებს, საწვავის ენერგიის აკუმულატორებს, ნიკელ-ლითონის ჰიდრიდულ აკუმულატორებს, ნატრიუმ-გოგირდის აკუმულატორებს და ლითიუმ-იონურ აკუმულატორებს.

ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიაში, მოქნილი ელექტროდის მასალებმა მრავალი მეცნიერის კვლევითი ინტერესი მიიპყრო მათი დიზაინის მრავალფეროვნების, მოქნილობის, დაბალი ღირებულებისა და გარემოს დაცვის მახასიათებლების გამო.

ნახშირბადის მასალებს აქვთ განსაკუთრებული თერმოქიმიური სტაბილურობა, კარგი ელექტროგამტარობა, მაღალი სიმტკიცე და უჩვეულო მექანიკური თვისებები, რაც მათ ლითიუმ-იონური და ნატრიუმ-იონური აკუმულატორებისთვის პერსპექტიულ ელექტროდებად აქცევს.

სუპერკონდენსატორების სწრაფად დატენვა და განმუხტვა შესაძლებელია მაღალი დენის პირობებში და მათი ციკლის ხანგრძლივობა 100 000-ზე მეტია. ისინი წარმოადგენენ კონდენსატორებსა და აკუმულატორებს შორის სპეციალური ელექტროქიმიური ენერგიის შესანახი კვების წყაროს ახალ ტიპს.

სუპერკონდენსატორებს ახასიათებთ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე და ენერგიის გარდაქმნის მაღალი სიჩქარე, თუმცა მათი ენერგიის სიმკვრივე დაბალია, ისინი მიდრეკილნი არიან თვითგანმუხტვისკენ და არასათანადო გამოყენების შემთხვევაში, ელექტროლიტების გაჟონვისკენ.

მიუხედავად იმისა, რომ საწვავის ენერგოუჯრედს ახასიათებს ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა დატენვის არარსებობა, დიდი ტევადობა, მაღალი სპეციფიკური ტევადობა და ფართო სპეციფიკური სიმძლავრის დიაპაზონი, მისი მაღალი სამუშაო ტემპერატურა, მაღალი თვითღირებულება და ენერგიის გადაქცევის დაბალი ეფექტურობა მას მხოლოდ კომერციალიზაციის პროცესში ხელმისაწვდომს ხდის.

ტყვიმჟავა აკუმულატორებს აქვთ დაბალი ფასის, განვითარებული ტექნოლოგიისა და მაღალი უსაფრთხოების უპირატესობები და ფართოდ გამოიყენება სიგნალის საბაზო სადგურებში, ელექტრო ველოსიპედებში, ავტომობილებსა და ქსელის ენერგიის დაგროვებაში. მოკლე დაფები, რომლებიც გარემოს აბინძურებენ, ვერ აკმაყოფილებენ ენერგიის დაგროვების აკუმულატორების სულ უფრო მაღალ მოთხოვნებსა და სტანდარტებს.

Ni-MH აკუმულატორებს ახასიათებთ ძლიერი მრავალფეროვნება, დაბალი კალორიულობა, დიდი მონომერული ტევადობა და სტაბილური განმუხტვის მახასიათებლები, მაგრამ მათი წონა შედარებით დიდია და აკუმულატორების სერიული მართვისას მრავალი პრობლემა არსებობს, რამაც შეიძლება ადვილად გამოიწვიოს ერთი აკუმულატორის გამყოფების დნობა.