ઊર્જા, માનવ સંસ્કૃતિની પ્રગતિ માટે ભૌતિક આધાર તરીકે, હંમેશા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે.તે માનવ સમાજના વિકાસ માટે અનિવાર્ય ગેરંટી છે.પાણી, હવા અને ખોરાક સાથે મળીને, તે માનવ અસ્તિત્વ માટે જરૂરી પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે અને માનવ જીવનને સીધી અસર કરે છે..

ઉર્જા ઉદ્યોગના વિકાસમાં લાકડાના "યુગ" થી કોલસાના "યુગ" અને પછી કોલસાના "યુગ" થી તેલના "યુગ" સુધીના બે મોટા પરિવર્તનો થયા છે.હવે તે તેલના "યુગ" થી નવીનીકરણીય ઉર્જા પરિવર્તનના "યુગ" માં બદલાવાનું શરૂ થયું છે.

19મી સદીની શરૂઆતમાં મુખ્ય સ્ત્રોત તરીકે કોલસાથી લઈને 20મી સદીના મધ્યમાં મુખ્ય સ્ત્રોત તરીકે તેલ સુધી, માનવીએ 200 કરતાં વધુ વર્ષોથી મોટા પાયે અશ્મિભૂત ઊર્જાનો ઉપયોગ કર્યો છે.જો કે, અશ્મિભૂત ઉર્જા દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતું વૈશ્વિક ઉર્જા માળખું તેને અશ્મિભૂત ઊર્જાના અવક્ષયથી વધુ દૂર બનાવે છે.

કોલસો, તેલ અને કુદરતી ગેસ દ્વારા રજૂ કરાયેલા ત્રણ પરંપરાગત અશ્મિભૂત ઉર્જા આર્થિક વાહકો નવી સદીમાં ઝડપથી ખતમ થઈ જશે, અને ઉપયોગ અને દહનની પ્રક્રિયામાં, તે ગ્રીનહાઉસ અસરનું કારણ બનશે, મોટી માત્રામાં પ્રદૂષકો પેદા કરશે અને પ્રદૂષિત થશે. પર્યાવરણ.

તેથી, અશ્મિભૂત ઉર્જા પર નિર્ભરતા ઘટાડવી, હાલની અતાર્કિક ઉર્જા ઉપયોગની રચનામાં ફેરફાર કરવો અને સ્વચ્છ અને પ્રદૂષણ મુક્ત નવી નવીનીકરણીય ઉર્જા મેળવવી હિતાવહ છે.

હાલમાં, પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જામાં મુખ્યત્વે પવન ઊર્જા, હાઇડ્રોજન ઊર્જા, સૌર ઊર્જા, બાયોમાસ ઊર્જા, ભરતી ઊર્જા અને ભૂ-ઉષ્મીય ઊર્જા વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, અને વિશ્વભરમાં પવન ઊર્જા અને સૌર ઊર્જા વર્તમાન સંશોધનના હોટસ્પોટ્સ છે.

જો કે, વિવિધ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનું કાર્યક્ષમ રૂપાંતર અને સંગ્રહ હાંસલ કરવું હજુ પણ પ્રમાણમાં મુશ્કેલ છે, આમ તેનો અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ બને છે.

આ કિસ્સામાં, માનવ દ્વારા નવી નવીનીકરણીય ઉર્જાના અસરકારક ઉપયોગની અનુભૂતિ કરવા માટે, અનુકૂળ અને કાર્યક્ષમ નવી ઊર્જા સંગ્રહ તકનીક વિકસાવવી જરૂરી છે, જે વર્તમાન સામાજિક સંશોધનમાં પણ એક હોટ સ્પોટ છે.

હાલમાં, લિથિયમ-આયન બેટરી, સૌથી કાર્યક્ષમ સેકન્ડરી બેટરીઓમાંની એક તરીકે, વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, પરિવહન, એરોસ્પેસ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે., વિકાસ માટેની સંભાવનાઓ વધુ મુશ્કેલ છે.

સોડિયમ અને લિથિયમના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો સમાન છે, અને તે ઊર્જા સંગ્રહ અસર ધરાવે છે.તેની સમૃદ્ધ સામગ્રી, સોડિયમ સ્ત્રોતનું સમાન વિતરણ અને ઓછી કિંમતને કારણે, તેનો ઉપયોગ મોટા પાયે ઊર્જા સંગ્રહ તકનીકમાં થાય છે, જે ઓછી કિંમત અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાના લક્ષણો ધરાવે છે.

સોડિયમ આયન બેટરીના સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ પદાર્થોમાં સ્તરીય સંક્રમણ મેટલ સંયોજનો, પોલિઆનિયન્સ, ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ફોસ્ફેટ્સ, કોર-શેલ નેનોપાર્ટિકલ્સ, મેટલ સંયોજનો, હાર્ડ કાર્બન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

પ્રકૃતિમાં અત્યંત વિપુલ પ્રમાણમાં ભંડાર ધરાવતા તત્વ તરીકે, કાર્બન સસ્તું અને મેળવવામાં સરળ છે, અને સોડિયમ-આયન બેટરી માટે એનોડ સામગ્રી તરીકે ઘણી માન્યતા પ્રાપ્ત કરી છે.

ગ્રાફિટાઇઝેશનની ડિગ્રી અનુસાર, કાર્બન સામગ્રીને બે વર્ગોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ગ્રાફિક કાર્બન અને આકારહીન કાર્બન.

હાર્ડ કાર્બન, જે આકારહીન કાર્બનથી સંબંધિત છે, 300mAh/g ની સોડિયમ સંગ્રહ ચોક્કસ ક્ષમતા દર્શાવે છે, જ્યારે ગ્રાફિટાઇઝેશનની ઉચ્ચ ડિગ્રી સાથે કાર્બન સામગ્રીઓ તેમના વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને મજબૂત ક્રમને કારણે વ્યાવસાયિક ઉપયોગને પહોંચી વળવા મુશ્કેલ છે.

તેથી, બિન-ગ્રેફાઇટ હાર્ડ કાર્બન સામગ્રીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે વ્યવહારિક સંશોધનમાં થાય છે.

સોડિયમ-આયન બેટરીઓ માટે એનોડ સામગ્રીની કામગીરીમાં વધુ સુધારો કરવા માટે, આયન ડોપિંગ અથવા સંયોજન દ્વારા કાર્બન સામગ્રીની હાઇડ્રોફિલિસિટી અને વાહકતા સુધારી શકાય છે, જે કાર્બન સામગ્રીના ઊર્જા સંગ્રહ પ્રદર્શનને વધારી શકે છે.

સોડિયમ આયન બેટરીની નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે, ધાતુના સંયોજનો મુખ્યત્વે દ્વિ-પરિમાણીય મેટલ કાર્બાઇડ અને નાઇટ્રાઇડ્સ છે.દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીની ઉત્કૃષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ ઉપરાંત, તેઓ માત્ર સોડિયમ આયનોને શોષણ અને આંતરસંગ્રહ દ્વારા સંગ્રહિત કરી શકતા નથી, પરંતુ સોડિયમ સાથે પણ જોડાય છે. આયનોનું સંયોજન ઊર્જા સંગ્રહ માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા કેપેસીટન્સ ઉત્પન્ન કરે છે, જેનાથી ઊર્જા સંગ્રહની અસરમાં ઘણો સુધારો થાય છે.

ધાતુના સંયોજનો મેળવવામાં ઊંચી કિંમત અને મુશ્કેલીને કારણે, કાર્બન સામગ્રી હજુ પણ સોડિયમ-આયન બેટરી માટે મુખ્ય એનોડ સામગ્રી છે.

સ્તરીય સંક્રમણ મેટલ સંયોજનોનો ઉદય ગ્રેફિનની શોધ પછી થયો છે.હાલમાં, સોડિયમ-આયન બેટરીમાં વપરાતી દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીમાં મુખ્યત્વે સોડિયમ-આધારિત સ્તરવાળી NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

પોલિનિયોનિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ લિથિયમ-આયન બેટરી પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડમાં કરવામાં આવ્યો હતો, અને બાદમાં તેનો ઉપયોગ સોડિયમ-આયન બેટરીમાં કરવામાં આવ્યો હતો.મહત્વપૂર્ણ પ્રતિનિધિ સામગ્રીમાં ઓલિવિન સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે જેમ કે NaMnPO4 અને NaFePO4.

ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ફોસ્ફેટનો મૂળ રીતે લિથિયમ-આયન બેટરીમાં હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ થતો હતો.સંશ્લેષણ પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં પરિપક્વ છે અને ત્યાં ઘણી સ્ફટિક રચનાઓ છે.

ફોસ્ફેટ, ત્રિ-પરિમાણીય માળખું તરીકે, એક ફ્રેમવર્ક માળખું બનાવે છે જે સોડિયમ આયનોના ડિઇન્ટરકેલેશન અને ઇન્ટરકેલેશન માટે અનુકૂળ હોય છે, અને પછી ઉત્તમ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રદર્શન સાથે સોડિયમ-આયન બેટરીઓ મેળવે છે.

કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર મટિરિયલ એ સોડિયમ-આયન બેટરીઓ માટે એનોડ સામગ્રીનો એક નવો પ્રકાર છે જે તાજેતરના વર્ષોમાં જ ઉભરી આવ્યો છે.મૂળ સામગ્રીના આધારે, આ સામગ્રીએ ઉત્કૃષ્ટ માળખાકીય ડિઝાઇન દ્વારા હોલો માળખું પ્રાપ્ત કર્યું છે.

વધુ સામાન્ય કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર મટિરિયલ્સમાં હોલો કોબાલ્ટ સેલેનાઇડ નેનોક્યુબ્સ, ફે-એન કો-ડોપ્ડ કોર-શેલ સોડિયમ વેનાડેટ નેનોસ્ફિયર્સ, છિદ્રાળુ કાર્બન હોલો ટીન ઓક્સાઇડ નેનોસ્ફિયર્સ અને અન્ય હોલો સ્ટ્રક્ચર્સનો સમાવેશ થાય છે.

તેની ઉત્કૃષ્ટ લાક્ષણિકતાઓને લીધે, જાદુઈ હોલો અને છિદ્રાળુ માળખું સાથે, વધુ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રવૃત્તિ ઇલેક્ટ્રોલાઇટના સંપર્કમાં આવે છે, અને તે જ સમયે, તે કાર્યક્ષમ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રાપ્ત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની આયન ગતિશીલતાને પણ મોટા પ્રમાણમાં પ્રોત્સાહન આપે છે.

વૈશ્વિક નવીનીકરણીય ઉર્જા સતત વધી રહી છે, જે ઊર્જા સંગ્રહ ટેકનોલોજીના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપે છે.

હાલમાં, વિવિધ ઊર્જા સંગ્રહ પદ્ધતિઓ અનુસાર, તેને ભૌતિક ઊર્જા સંગ્રહ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

ઉચ્ચ સલામતી, ઓછી કિંમત, લવચીક ઉપયોગ અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાના ફાયદાઓને કારણે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહ આજની નવી ઊર્જા સંગ્રહ તકનીકના વિકાસ ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે.

વિવિધ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાઓ અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહ શક્તિ સ્ત્રોતોમાં મુખ્યત્વે સુપરકેપેસિટર્સ, લીડ-એસિડ બેટરી, ઇંધણ પાવર બેટરી, નિકલ-મેટલ હાઇડ્રાઇડ બેટરી, સોડિયમ-સલ્ફર બેટરી અને લિથિયમ-આયન બેટરીનો સમાવેશ થાય છે.

એનર્જી સ્ટોરેજ ટેક્નોલોજીમાં, લવચીક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીએ તેમની ડિઝાઇનની વિવિધતા, લવચીકતા, ઓછી કિંમત અને પર્યાવરણીય સુરક્ષા લાક્ષણિકતાઓને કારણે ઘણા વૈજ્ઞાનિકોના સંશોધન રસને આકર્ષ્યા છે.

કાર્બન સામગ્રીમાં વિશિષ્ટ થર્મોકેમિકલ સ્થિરતા, સારી વિદ્યુત વાહકતા, ઉચ્ચ શક્તિ અને અસામાન્ય યાંત્રિક ગુણધર્મો હોય છે, જે તેમને લિથિયમ-આયન બેટરી અને સોડિયમ-આયન બેટરીઓ માટે આશાસ્પદ ઇલેક્ટ્રોડ બનાવે છે.

સુપરકેપેસિટર્સ ઉચ્ચ વર્તમાન પરિસ્થિતિઓમાં ઝડપથી ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે, અને 100,000 થી વધુ વખતની ચક્ર જીવન ધરાવે છે.તેઓ કેપેસિટર્સ અને બેટરીઓ વચ્ચે એક નવા પ્રકારના વિશિષ્ટ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહ પાવર સપ્લાય છે.

સુપરકેપેસિટર્સ પાસે ઉચ્ચ શક્તિની ઘનતા અને ઉચ્ચ ઉર્જા રૂપાંતરણ દરની લાક્ષણિકતાઓ છે, પરંતુ તેમની ઊર્જા ઘનતા ઓછી છે, તેઓ સ્વ-ડિસ્ચાર્જની સંભાવના ધરાવે છે, અને જ્યારે અયોગ્ય રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે તેઓ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ લિકેજની સંભાવના ધરાવે છે.

જો કે ફ્યુઅલ પાવર સેલમાં ચાર્જિંગ નહીં, મોટી ક્ષમતા, ઉચ્ચ ચોક્કસ ક્ષમતા અને વિશાળ ચોક્કસ પાવર રેન્જની લાક્ષણિકતાઓ છે, તેમ છતાં તેનું ઉચ્ચ ઓપરેટિંગ તાપમાન, ઊંચી કિંમત કિંમત અને ઓછી ઉર્જા રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા તેને માત્ર વ્યાપારીકરણ પ્રક્રિયામાં જ ઉપલબ્ધ બનાવે છે.અમુક કેટેગરીમાં વપરાય છે.

લીડ-એસિડ બેટરીમાં ઓછી કિંમત, પરિપક્વ ટેક્નોલોજી અને ઉચ્ચ સલામતીના ફાયદા છે અને તેનો સિગ્નલ બેઝ સ્ટેશન, ઇલેક્ટ્રિક સાયકલ, ઓટોમોબાઇલ અને ગ્રીડ એનર્જી સ્ટોરેજમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કરવા જેવા લઘુ બોર્ડ એનર્જી સ્ટોરેજ બેટરીની વધુને વધુ જરૂરિયાતો અને ધોરણોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી.

Ni-MH બેટરીમાં મજબૂત વર્સેટિલિટી, ઓછી કેલરીફિક વેલ્યુ, મોટી મોનોમર ક્ષમતા અને સ્થિર ડિસ્ચાર્જની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, પરંતુ તેમનું વજન પ્રમાણમાં મોટું હોય છે, અને બેટરી શ્રેણીના સંચાલનમાં ઘણી સમસ્યાઓ હોય છે, જે સરળતાથી એકલને ઓગળી શકે છે. બેટરી વિભાજક.