Energiya insoniyat tsivilizatsiyasi taraqqiyotining moddiy asosi sifatida har doim muhim rol o'ynagan. Bu insoniyat jamiyati rivojlanishining ajralmas kafolati hisoblanadi. Suv, havo va oziq-ovqat bilan birgalikda u insoniyatning omon qolishi uchun zarur shart-sharoitlarni tashkil etadi va inson hayotiga bevosita ta'sir qiladi.

Energetika sanoatining rivojlanishi ikkita katta o'zgarishni boshdan kechirdi: o'tin "davri"dan ko'mir "davri"ga, keyin esa ko'mir "davri"dan neft "davri"ga. Endi u neft "davri"dan qayta tiklanadigan energiya o'zgarishi "davri"ga o'tishni boshladi.

19-asr boshlarida asosiy manba sifatida ko'mirdan tortib, 20-asr o'rtalarida asosiy manba sifatida neftgacha, odamlar 200 yildan ortiq vaqt davomida qazilma energiyadan keng miqyosda foydalanib kelishgan. Biroq, qazilma energiya hukmronlik qiladigan global energiya tuzilishi endi qazilma energiyaning kamayib ketishidan uzoqlashmaydi.

Ko'mir, neft va tabiiy gaz kabi uchta an'anaviy qazilma energiya tashuvchisi yangi asrda tezda tugab qoladi va ulardan foydalanish va yonish jarayonida u issiqxona effektini keltirib chiqaradi, ko'p miqdorda ifloslantiruvchi moddalarni hosil qiladi va atrof-muhitni ifloslantiradi.

Shuning uchun qazilma energiyaga bog'liqlikni kamaytirish, mavjud irratsional energiyadan foydalanish tuzilmasini o'zgartirish va toza va ifloslanishsiz yangi qayta tiklanadigan energiyani izlash juda muhimdir.

Hozirgi vaqtda qayta tiklanadigan energiya asosan shamol energiyasi, vodorod energiyasi, quyosh energiyasi, biomassa energiyasi, suv toshqini energiyasi va geotermal energiyani o'z ichiga oladi va shamol energiyasi va quyosh energiyasi butun dunyo bo'ylab eng dolzarb tadqiqot markazlari hisoblanadi.

Biroq, turli xil qayta tiklanadigan energiya manbalarini samarali konvertatsiya qilish va saqlashga erishish hali ham nisbatan qiyin, bu esa ulardan samarali foydalanishni qiyinlashtiradi.

Bu holda, insoniyat tomonidan yangi qayta tiklanadigan energiyadan samarali foydalanishni amalga oshirish uchun qulay va samarali yangi energiya saqlash texnologiyasini ishlab chiqish zarur, bu esa hozirgi ijtimoiy tadqiqotlarda ham dolzarb masala hisoblanadi.

Hozirgi vaqtda lityum-ion batareyalar eng samarali ikkilamchi batareyalardan biri sifatida turli elektron qurilmalar, transport, aerokosmik va boshqa sohalarda keng qo'llanilmoqda, rivojlanish istiqbollari esa ancha murakkab.

Natriy va lityumning fizik va kimyoviy xossalari o'xshash bo'lib, u energiyani saqlash effektiga ega. Uning boy tarkibi, natriy manbalarining bir xil taqsimlanishi va arzonligi tufayli u keng ko'lamli energiya saqlash texnologiyalarida qo'llaniladi, bu esa arzon va yuqori samaradorlik xususiyatlariga ega.

Natriy ion batareyalarining musbat va manfiy elektrod materiallari qatlamli o'tish metall birikmalari, polianionlar, o'tish metall fosfatlari, yadro qobig'i nanopartikullari, metall birikmalari, qattiq uglerod va boshqalarni o'z ichiga oladi.

Tabiatda juda ko'p zaxiralarga ega element sifatida uglerod arzon va olish oson, shuningdek, natriy-ion batareyalari uchun anod materiali sifatida katta e'tirofga sazovor bo'lgan.

Grafitlanish darajasiga ko'ra, uglerod materiallarini ikki toifaga bo'lish mumkin: grafitli uglerod va amorf uglerod.

Amorf uglerodga tegishli bo'lgan qattiq uglerod 300 mA/g natriy saqlash sig'imiga ega, grafitlanish darajasi yuqori bo'lgan uglerod materiallari esa katta sirt maydoni va mustahkam tartibi tufayli tijorat maqsadlarida foydalanish qiyin.

Shuning uchun, grafit bo'lmagan qattiq uglerodli materiallar asosan amaliy tadqiqotlarda qo'llaniladi.

Natriy-ion batareyalari uchun anod materiallarining ishlashini yanada yaxshilash uchun uglerod materiallarining hidrofilligi va o'tkazuvchanligini ion qo'shimchalari yoki birikmalar yordamida yaxshilash mumkin, bu esa uglerod materiallarining energiya saqlash ko'rsatkichlarini oshirishi mumkin.

Natriy ion batareyasining salbiy elektrod materiali sifatida metall birikmalari asosan ikki o'lchovli metall karbidlari va nitridlari hisoblanadi. Ikki o'lchovli materiallarning ajoyib xususiyatlaridan tashqari, ular nafaqat adsorbsiya va interkalatsiya orqali natriy ionlarini saqlashi, balki natriy bilan birikishi ham mumkin. Ionlarning kombinatsiyasi energiyani saqlash uchun kimyoviy reaksiyalar orqali sig'im hosil qiladi va shu bilan energiyani saqlash effektini sezilarli darajada yaxshilaydi.

Metall birikmalarini olishning yuqori narxi va qiyinligi tufayli uglerod materiallari hali ham natriy-ion batareyalari uchun asosiy anod materiallari hisoblanadi.

Qatlamli o'tish metall birikmalarining paydo bo'lishi grafen kashf etilganidan keyin sodir bo'ldi. Hozirgi vaqtda natriy-ion batareyalarida ishlatiladigan ikki o'lchovli materiallar asosan natriy asosidagi qatlamli NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 va boshqalarni o'z ichiga oladi.

Polianion musbat elektrod materiallari dastlab lityum-ion batareyali musbat elektrodlarda, keyinchalik esa natriy-ion batareyalarda ishlatilgan. Muhim vakillik qiluvchi materiallar qatoriga NaMnPO4 va NaFePO4 kabi olivin kristallari kiradi.

O'tish metall fosfati dastlab lityum-ion batareyalarda musbat elektrod materiali sifatida ishlatilgan. Sintez jarayoni nisbatan etuk va ko'plab kristall tuzilmalar mavjud.

Fosfat, uch o'lchovli struktura sifatida, natriy ionlarining deinterkalatsiyasi va interkalatsiyasiga qulay bo'lgan ramka tuzilishini yaratadi va keyin ajoyib energiya saqlash ko'rsatkichlariga ega natriy-ion batareyalarini oladi.

Yadro-qobiqli strukturaviy material so'nggi yillarda paydo bo'lgan natriy-ionli batareyalar uchun yangi turdagi anod materialidir. Asl materiallarga asoslanib, ushbu material ajoyib strukturaviy dizayn orqali ichi bo'sh tuzilishga erishdi.

Eng keng tarqalgan yadro-qobiqli strukturaviy materiallar qatoriga ichi bo'sh kobalt selenid nanokublari, Fe-N bilan qo'shilgan yadro-qobiqli natriy vanadat nanosferalari, g'ovakli uglerod-ichi bo'sh qalay oksidi nanosferalari va boshqa ichi bo'sh tuzilmalar kiradi.

Ajoyib xususiyatlari, sehrli ichi bo'sh va g'ovakli tuzilishi bilan birlashganda, elektrolitga ko'proq elektrokimyoviy faollik ta'sir qiladi va shu bilan birga, u samarali energiya saqlashga erishish uchun elektrolitning ion harakatchanligini sezilarli darajada oshiradi.

Global qayta tiklanadigan energiya manbalari o'sishda davom etmoqda, bu esa energiya saqlash texnologiyalarining rivojlanishiga turtki bo'lmoqda.

Hozirgi vaqtda turli xil energiya saqlash usullariga ko'ra, uni fizik energiya saqlash va elektrokimyoviy energiya saqlashga bo'lish mumkin.

Elektrokimyoviy energiya saqlash yuqori xavfsizlik, arzon narx, moslashuvchan foydalanish va yuqori samaradorlik kabi afzalliklari tufayli bugungi kunda yangi energiya saqlash texnologiyasining rivojlanish standartlariga javob beradi.

Turli elektrokimyoviy reaksiya jarayonlariga ko'ra, elektrokimyoviy energiya saqlash quvvat manbalari asosan superkondensatorlar, qo'rg'oshin-kislotali batareyalar, yonilg'i quvvat batareyalari, nikel-metall gidrid batareyalari, natriy-oltingugurt batareyalari va lityum-ion batareyalarni o'z ichiga oladi.

Energiyani saqlash texnologiyasida moslashuvchan elektrod materiallari dizayn xilma-xilligi, moslashuvchanligi, arzonligi va atrof-muhitni muhofaza qilish xususiyatlari tufayli ko'plab olimlarning tadqiqot qiziqishlarini uyg'otdi.

Uglerod materiallari maxsus termokimyoviy barqarorlikka, yaxshi elektr o'tkazuvchanligiga, yuqori mustahkamlikka va g'ayrioddiy mexanik xususiyatlarga ega, bu ularni lityum-ion batareyalar va natriy-ion batareyalar uchun istiqbolli elektrodlarga aylantiradi.

Superkondensatorlar yuqori tok sharoitida tezda zaryadlanishi va zaryadsizlanishi mumkin va 100 000 martadan ortiq tsikl muddatiga ega. Ular kondensatorlar va batareyalar orasidagi yangi turdagi maxsus elektrokimyoviy energiya saqlash quvvat manbai hisoblanadi.

Superkondensatorlar yuqori quvvat zichligi va yuqori energiya konvertatsiya qilish tezligi xususiyatlariga ega, ammo ularning energiya zichligi past, ular o'z-o'zidan zaryadsizlanishga moyil va noto'g'ri ishlatilganda elektrolitlar oqishiga moyil.

Yoqilg'i energiyasi elementi zaryadsiz, katta quvvat, yuqori solishtirma quvvat va keng solishtirma quvvat diapazoni xususiyatlariga ega bo'lsa-da, uning yuqori ish harorati, yuqori tannarxi va past energiya konvertatsiya qilish samaradorligi uni faqat tijoratlashtirish jarayonida mavjud qiladi.

Qo'rg'oshin-kislotali batareyalar arzon narx, etuk texnologiya va yuqori xavfsizlik kabi afzalliklarga ega va signal bazaviy stansiyalarida, elektr velosipedlarda, avtomobillarda va tarmoq energiyasini saqlashda keng qo'llanilgan. Atrof-muhitni ifloslantirish kabi qisqa platalar energiya saqlash batareyalari uchun tobora yuqori talablar va standartlarga javob bera olmaydi.

Ni-MH batareyalari kuchli ko'p qirrali, past kalorifik qiymat, katta monomer sig'imi va barqaror tushirish xususiyatlariga ega, ammo ularning og'irligi nisbatan katta va batareyalarni ketma-ket boshqarishda ko'plab muammolar mavjud bo'lib, ular bitta batareya ajratgichlarining erishiga olib kelishi mumkin.