માનવ સભ્યતાના વિકાસ માટે ભૌતિક આધાર તરીકે ઊર્જા હંમેશા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે. તે માનવ સમાજના વિકાસ માટે એક અનિવાર્ય ગેરંટી છે. પાણી, હવા અને ખોરાક સાથે, 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" માં બે મોટા પરિવર્તનો થયા છે. હવે તે તેલના "યુગ" થી નવીનીકરણીય ઉર્જા પરિવર્તનના "યુગ" માં બદલાવાનું શરૂ થયું છે.

૧૯મી સદીની શરૂઆતમાં કોલસાના મુખ્ય સ્ત્રોતથી લઈને ૨૦મી સદીના મધ્યમાં તેલના મુખ્ય સ્ત્રોત સુધી, માનવજાતે ૨૦૦ થી વધુ વર્ષોથી મોટા પાયે અશ્મિભૂત ઊર્જાનો ઉપયોગ કર્યો છે. જોકે, અશ્મિભૂત ઊર્જા દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતી વૈશ્વિક ઊર્જા રચના હવે અશ્મિભૂત ઊર્જાના અવક્ષયથી દૂર નથી.

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

તેથી, અશ્મિભૂત ઊર્જા પર નિર્ભરતા ઘટાડવી, હાલના અતાર્કિક ઊર્જા ઉપયોગ માળખામાં ફેરફાર કરવો અને સ્વચ્છ અને પ્રદૂષણમુક્ત નવી નવીનીકરણીય ઊર્જા શોધવી હિતાવહ છે.

હાલમાં, નવીનીકરણીય ઉર્જામાં મુખ્યત્વે પવન ઉર્જા, હાઇડ્રોજન ઉર્જા, સૌર ઉર્જા, બાયોમાસ ઉર્જા, ભરતી ઉર્જા અને ભૂઉષ્મીય ઉર્જા વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, અને પવન ઉર્જા અને સૌર ઉર્જા વિશ્વભરમાં વર્તમાન સંશોધન કેન્દ્રો છે.

જોકે, વિવિધ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોનું કાર્યક્ષમ રૂપાંતર અને સંગ્રહ પ્રાપ્ત કરવું હજુ પણ પ્રમાણમાં મુશ્કેલ છે, જેના કારણે તેમનો અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ બને છે.

આ કિસ્સામાં, માનવજાત દ્વારા નવી નવીનીકરણીય ઉર્જાના અસરકારક ઉપયોગને સાકાર કરવા માટે, અનુકૂળ અને કાર્યક્ષમ નવી ઉર્જા સંગ્રહ તકનીક વિકસાવવી જરૂરી છે, જે વર્તમાન સામાજિક સંશોધનમાં પણ એક ગરમ સ્થળ છે.

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

સોડિયમ અને લિથિયમના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો સમાન છે, અને તેમાં ઊર્જા સંગ્રહ અસર છે. તેની સમૃદ્ધ સામગ્રી, સોડિયમ સ્ત્રોતનું સમાન વિતરણ અને ઓછી કિંમતને કારણે, તેનો ઉપયોગ મોટા પાયે ઊર્જા સંગ્રહ તકનીકમાં થાય છે, જેમાં ઓછી કિંમત અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાની લાક્ષણિકતાઓ છે.

સોડિયમ આયન બેટરીના સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીમાં સ્તરીય સંક્રમણ ધાતુ સંયોજનો, પોલિએનિયન્સ, સંક્રમણ ધાતુ ફોસ્ફેટ્સ, કોર-શેલ નેનોપાર્ટિકલ્સ, ધાતુ સંયોજનો, સખત 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 તેને ઘણી માન્યતા મળી છે.

ગ્રાફિટાઇઝેશનની ડિગ્રી અનુસાર, કાર્બન પદાર્થોને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ગ્રાફિટિક કાર્બન અને આકારહીન કાર્બન.

કઠણ કાર્બન, જે આકારહીન કાર્બનનો ભાગ છે, તે 300mAh/g ની સોડિયમ સંગ્રહ ક્ષમતા દર્શાવે છે, જ્યારે ઉચ્ચ ડિગ્રી ગ્રાફિટાઇઝેશન ધરાવતા કાર્બન પદાર્થો તેમના વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને મજબૂત ક્રમને કારણે વ્યાવસાયિક ઉપયોગને પૂર્ણ કરવા મુશ્કેલ છે.

તેથી, ગ્રેફાઇટ સિવાયના સખત કાર્બન પદાર્થોનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે વ્યવહારુ સંશોધનમાં થાય છે.

સોડિયમ-આયન બેટરી માટે એનોડ સામગ્રીના પ્રદર્શનમાં વધુ સુધારો કરવા માટે, આયન ડોપિંગ અથવા સંયોજન દ્વારા કાર્બન સામગ્રીની હાઇડ્રોફિલિસિટી અને વાહકતામાં સુધારો કરી શકાય છે, જે કાર્બન સામગ્રીના ઊર્જા સંગ્રહ પ્રદર્શનમાં વધારો કરી શકે છે.

સોડિયમ આયન બેટરીના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે, ધાતુના સંયોજનો મુખ્યત્વે દ્વિ-પરિમાણીય ધાતુ કાર્બાઇડ અને નાઇટ્રાઇડ્સ છે. દ્વિ-પરિમાણીય પદાર્થોની ઉત્તમ લાક્ષણિકતાઓ ઉપરાંત, તેઓ માત્ર શોષણ અને ઇન્ટરકેલેશન દ્વારા સોડિયમ આયનોનો સંગ્રહ કરી શકતા નથી, પરંતુ સોડિયમ સાથે પણ જોડાઈ શકે છે. આયનોનું સંયોજન ઊર્જા સંગ્રહ માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ક્ષમતા ઉત્પન્ન કરે છે, જેનાથી ઊર્જા સંગ્રહ 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 ધાતુ સંયોજનોનો ઉદય ગ્રાફીનની શોધ પછી થયો છે. હાલમાં, સોડિયમ-આયન બેટરીમાં વપરાતા દ્વિ-પરિમાણીય પદાર્થોમાં મુખ્યત્વે સોડિયમ-આધારિત સ્તરીય NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

પોલિઆનિયોનિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ લિથિયમ-આયન બેટરી પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડમાં કરવામાં આવ્યો હતો, અને પછીથી તેનો ઉપયોગ સોડિયમ-આયન બેટરીમાં કરવામાં આવ્યો હતો. મહત્વપૂર્ણ પ્રતિનિધિ સામગ્રીમાં NaMnPO4 અને NaFePO4 જેવા ઓલિવાઇન સ્ફટિકોનો સમાવેશ થાય છે.

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

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

કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર મટિરિયલ એ સોડિયમ-આયન બેટરી માટે એક નવા પ્રકારનો એનોડ મટિરિયલ છે જે તાજેતરના વર્ષોમાં જ ઉભરી આવ્યો છે. મૂળ મટિરિયલના આધારે, આ મટિરિયલે ઉત્કૃષ્ટ માળખાકીય ડિઝાઇન દ્વારા હોલો સ્ટ્રક્ચર પ્રાપ્ત કર્યું છે.

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

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

વૈશ્વિક નવીનીકરણીય ઊર્જામાં સતત વધારો થઈ રહ્યો 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.

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઉર્જા સંગ્રહ આજની નવી ઉર્જા સંગ્રહ ટેકનોલોજીના વિકાસ ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે કારણ કે તેના ઉચ્ચ સલામતી, ઓછી કિંમત, લવચીક ઉપયોગ અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાના ફાયદા છે.

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

ઊર્જા સંગ્રહ ટેકનોલોજીમાં, લવચીક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીએ તેમની ડિઝાઇન વિવિધતા, સુગમતા, ઓછી કિંમત અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણ લાક્ષણિકતાઓને કારણે ઘણા વૈજ્ઞાનિકોના સંશોધન રસને આકર્ષિત કર્યા છે.

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

સુપરકેપેસિટર ઉચ્ચ વર્તમાન પરિસ્થિતિઓમાં ઝડપથી ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ થઈ શકે છે, અને તેનું ચક્ર જીવન 100,000 વખતથી વધુ હોય છે. તે કેપેસિટર અને બેટરી વચ્ચે એક નવા પ્રકારનો ખાસ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઊર્જા સંગ્રહ પાવર સપ્લાય છે.

સુપરકેપેસિટરમાં ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતા અને ઉચ્ચ ઉર્જા રૂપાંતર દરની લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, પરંતુ તેમની ઉર્જા ઘનતા ઓછી હોય છે, તેઓ સ્વ-ડિસ્ચાર્જ થવાની સંભાવના ધરાવે છે, અને અયોગ્ય રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ લિકેજ થવાની સંભાવના રહે છે.

જોકે ફ્યુઅલ પાવર સેલમાં ચાર્જિંગ વિના, મોટી ક્ષમતા, ઉચ્ચ ચોક્કસ ક્ષમતા અને વિશાળ ચોક્કસ પાવર રેન્જની લાક્ષણિકતાઓ છે, તેનું ઉચ્ચ કાર્યકારી તાપમાન, ઊંચી કિંમત અને ઓછી ઉર્જા રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા તેને ફક્ત વ્યાપારીકરણ પ્રક્રિયામાં જ ઉપલબ્ધ બનાવે છે જેનો ઉપયોગ ચોક્કસ શ્રેણીઓમાં થાય છે.

લીડ-એસિડ બેટરીમાં ઓછી કિંમત, પરિપક્વ ટેકનોલોજી અને ઉચ્ચ સલામતીના ફાયદા છે, અને તેનો ઉપયોગ સિગ્નલ બેઝ સ્ટેશન, ઇલેક્ટ્રિક સાયકલ, ઓટોમોબાઇલ્સ અને ગ્રીડ ઊર્જા સંગ્રહમાં વ્યાપકપણે થાય છે. પર્યાવરણને પ્રદૂષિત કરતા ટૂંકા બોર્ડ ઊર્જા સંગ્રહ બેટરીઓ માટેની વધતી જતી જરૂરિયાતો અને ધોરણોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી.

Ni-MH બેટરીમાં મજબૂત વર્સેટિલિટી, ઓછી કેલરીફિક વેલ્યુ, મોટી મોનોમર ક્ષમતા અને સ્થિર ડિસ્ચાર્જ લાક્ષણિકતાઓ હોય છે, પરંતુ તેમનું વજન પ્રમાણમાં મોટું હોય છે, અને બેટરી શ્રેણી વ્યવસ્થાપનમાં ઘણી સમસ્યાઓ હોય છે, જે સિંગલ બેટરી સેપરેટરના ઓગળવા તરફ દોરી શકે છે.