Energija kot materialna osnova za napredek človeške civilizacije je vedno igrala pomembno vlogo. Je nepogrešljivo zagotovilo za razvoj človeške družbe. Skupaj z vodo, zrakom in hrano predstavlja potrebne pogoje za preživetje človeka in neposredno vpliva na človeško življenje.

Razvoj energetske industrije je doživel dve veliki preobrazbi, od "dobe" drv do "dobe" premoga in nato od "dobe" premoga do "dobe" nafte. Zdaj se je začela spreminjati iz "dobe" nafte v "dobo" obnovljivih virov energije.

Od premoga kot glavnega vira v začetku 19. stoletja do nafte kot glavnega vira sredi 20. stoletja, ljudje že več kot 200 let v velikem obsegu uporabljajo fosilno energijo. Vendar pa globalna energetska struktura, v kateri prevladujejo fosilna goriva, ne pomeni več, da se bo ta vir izčrpal.

Trije tradicionalni nosilci fosilne energije, ki jih predstavljajo premog, nafta in zemeljski plin, se bodo v novem stoletju hitro izčrpali, njihova uporaba in zgorevanje pa bodo povzročili tudi učinek tople grede, ustvarili veliko onesnaževal in onesnažili okolje.

Zato je nujno zmanjšati odvisnost od fosilnih virov energije, spremeniti obstoječo neracionalno strukturo rabe energije in poiskati čiste in onesnaževalsko neoporečne nove obnovljive vire energije.

Trenutno obnovljivi viri energije vključujejo predvsem vetrno energijo, vodikovo energijo, sončno energijo, energijo biomase, energijo plimovanja in geotermalno energijo itd., vetrna in sončna energija pa sta trenutno v središču raziskav po vsem svetu.

Vendar je še vedno relativno težko doseči učinkovito pretvorbo in shranjevanje različnih obnovljivih virov energije, kar otežuje njihovo učinkovito izkoriščanje.

V tem primeru je za učinkovito izkoriščanje novih obnovljivih virov energije s strani ljudi treba razviti priročno in učinkovito novo tehnologijo shranjevanja energije, kar je tudi vroča točka v trenutnih družboslovnih raziskavah.

Trenutno se litij-ionske baterije kot ena najučinkovitejših sekundarnih baterij pogosto uporabljajo v različnih elektronskih napravah, prometu, vesoljski industriji in drugih področjih, zato so možnosti za razvoj težje.

Fizikalne in kemijske lastnosti natrija in litija so podobne, poleg tega pa imata učinek shranjevanja energije. Zaradi bogate vsebnosti, enakomerne porazdelitve vira natrija in nizke cene se uporablja v tehnologiji shranjevanja energije velikega obsega, kar pomeni nizke stroške in visoko učinkovitost.

Materiali pozitivnih in negativnih elektrod natrijevih ionskih baterij vključujejo plastovite spojine prehodnih kovin, polianione, fosfate prehodnih kovin, nanodelce z jedrom in lupino, kovinske spojine, trdi ogljik itd.

Ogljik je element z izjemno bogatimi zalogami v naravi, zato je poceni in enostaven za pridobivanje ter si je pridobil veliko priznanje kot anodni material za natrijeve ionske baterije.

Glede na stopnjo grafitizacije lahko ogljikove materiale razdelimo v dve kategoriji: grafitni ogljik in amorfni ogljik.

Trdi ogljik, ki spada med amorfne ogljike, kaže specifično kapaciteto shranjevanja natrija 300 mAh/g, medtem ko je ogljikove materiale z višjo stopnjo grafitizacije zaradi velike površine in močne urejenosti težko komercialno uporabiti.

Zato se v praktičnih raziskavah uporabljajo predvsem negrafitni trdi ogljikovi materiali.

Za nadaljnje izboljšanje delovanja anodnih materialov za natrijeve ionske baterije je mogoče hidrofilnost in prevodnost ogljikovih materialov izboljšati z ionskim dopiranjem ali mešanjem, kar lahko izboljša delovanje shranjevanja energije ogljikovih materialov.

Kot material negativne elektrode natrijeve ionske baterije so kovinske spojine večinoma dvodimenzionalni kovinski karbidi in nitridi. Poleg odličnih lastnosti dvodimenzionalnih materialov lahko ne le shranjujejo natrijeve ione z adsorpcijo in interkalacijo, temveč se tudi vežejo z natrijem. Kombinacija ionov s kemičnimi reakcijami ustvarja kapacitivnost za shranjevanje energije, s čimer se močno izboljša učinek shranjevanja energije.

Zaradi visokih stroškov in težav pri pridobivanju kovinskih spojin so ogljikovi materiali še vedno glavni anodni materiali za natrijeve ionske baterije.

Vzpon plastovitih spojin prehodnih kovin se je zgodil po odkritju grafena. Trenutno dvodimenzionalni materiali, ki se uporabljajo v natrijevih ionskih baterijah, vključujejo predvsem plastovite NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 itd. na osnovi natrija.

Polianionski materiali za pozitivne elektrode so bili najprej uporabljeni v pozitivnih elektrodah litij-ionskih baterij, kasneje pa v natrijevih ionskih baterijah. Pomembni reprezentativni materiali vključujejo kristale olivina, kot sta NaMnPO4 in NaFePO4.

Prehodni kovinski fosfat se je prvotno uporabljal kot material za pozitivne elektrode v litij-ionskih baterijah. Postopek sinteze je relativno zrel in obstaja veliko kristalnih struktur.

Fosfat kot tridimenzionalna struktura gradi ogrodje, ki je ugodno za deinterkalacijo in interkalacijo natrijevih ionov, nato pa dobi natrijeve ionske baterije z odlično zmogljivostjo shranjevanja energije.

Material z jedrom in lupino je nova vrsta anodnega materiala za natrijeve ionske baterije, ki se je pojavila šele v zadnjih letih. Na podlagi originalnih materialov je ta material z izjemno strukturno zasnovo dosegel votlo strukturo.

Med pogostejše materiale s strukturo jedro-lupina spadajo votle nanokocke kobaltovega selenida, nanosfere natrijevega vanadata z jedrom in lupino, so-dopirane z Fe-N, porozne votle nanosfere kositrovega oksida iz ogljika in druge votle strukture.

Zaradi svojih odličnih lastnosti, skupaj z magično votlo in porozno strukturo, je elektrolit izpostavljen večji elektrokemični aktivnosti, hkrati pa močno spodbuja mobilnost ionov elektrolita za doseganje učinkovitega shranjevanja energije.

Svetovna obnovljiva energija še naprej narašča, kar spodbuja razvoj tehnologije shranjevanja energije.

Trenutno lahko glede na različne metode shranjevanja energije le-to razdelimo na fizično shranjevanje energije in elektrokemijsko shranjevanje energije.

Elektrokemično shranjevanje energije izpolnjuje razvojne standarde današnje nove tehnologije shranjevanja energije zaradi svojih prednosti visoke varnosti, nizkih stroškov, prilagodljive uporabe in visoke učinkovitosti.

Glede na različne elektrokemijske reakcijske procese elektrokemijski viri energije za shranjevanje energije vključujejo predvsem superkondenzatorje, svinčevo-kislinske baterije, gorivne baterije, nikelj-metalhidridne baterije, natrij-žveplove baterije in litij-ionske baterije.

V tehnologiji shranjevanja energije so fleksibilni elektrodni materiali pritegnili raziskovalno zanimanje številnih znanstvenikov zaradi svoje raznolikosti zasnove, fleksibilnosti, nizkih stroškov in okolju prijaznih lastnosti.

Ogljikovi materiali imajo posebno termokemijsko stabilnost, dobro električno prevodnost, visoko trdnost in nenavadne mehanske lastnosti, zaradi česar so obetavne elektrode za litij-ionske baterije in natrijeve ionske baterije.

Superkondenzatorji se lahko hitro polnijo in praznijo pri visokih tokovih ter imajo življenjsko dobo več kot 100.000 ciklov. So nova vrsta posebnega elektrokemičnega shranjevalnika energije med kondenzatorji in baterijami.

Superkondenzatorji imajo značilnosti visoke gostote moči in visoke stopnje pretvorbe energije, vendar je njihova gostota energije nizka, so nagnjeni k samopraznjenju in so nagnjeni k puščanju elektrolita, če se uporabljajo nepravilno.

Čeprav ima gorivna celica značilnosti, kot so odsotnost polnjenja, velika zmogljivost, visoka specifična zmogljivost in širok razpon specifične moči, jo visoka obratovalna temperatura, visoka cena in nizka učinkovitost pretvorbe energije uvrščajo med komercialne le v določenih kategorijah.

Svinčevo-kislinske baterije imajo prednosti nizkih stroškov, zrele tehnologije in visoke varnosti ter se pogosto uporabljajo v signalnih baznih postajah, električnih kolesih, avtomobilih in omrežnih shranjevalnikih energije. Kratke plošče, ki onesnažujejo okolje, ne morejo izpolniti vse višjih zahtev in standardov za baterije za shranjevanje energije.

Ni-MH baterije imajo značilnosti velike vsestranskosti, nizke kalorične vrednosti, velike kapacitete monomera in stabilnih karakteristik praznjenja, vendar je njihova teža relativno velika in pri upravljanju serij baterij obstaja veliko težav, kar lahko zlahka privede do taljenja ločil posameznih baterij.