మానవ నాగరికత పురోగతికి భౌతిక ఆధారమైన శక్తి, ఎల్లప్పుడూ ఒక ముఖ్యమైన పాత్రను పోషిస్తూ వచ్చింది. ఇది మానవ సమాజ అభివృద్ధికి ఒక అనివార్యమైన హామీ. నీరు, గాలి మరియు ఆహారంతో పాటు, ఇది మానవ మనుగడకు అవసరమైన పరిస్థితులను ఏర్పరుస్తుంది మరియు మానవ జీవితాన్ని ప్రత్యక్షంగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

ఇంధన పరిశ్రమ అభివృద్ధి, వంటచెరుకు 'యుగం' నుండి బొగ్గు 'యుగానికి', ఆ తర్వాత బొగ్గు 'యుగం' నుండి చమురు 'యుగానికి' అనే రెండు ప్రధాన పరివర్తనలకు లోనైంది. ఇప్పుడు అది చమురు 'యుగం' నుండి పునరుత్పాదక ఇంధన మార్పు 'యుగానికి' మారడం ప్రారంభించింది.

19వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో బొగ్గు ప్రధాన వనరుగా ఉన్నప్పటి నుండి 20వ శతాబ్దం మధ్యలో చమురు ప్రధాన వనరుగా మారే వరకు, మానవులు 200 సంవత్సరాలకు పైగా శిలాజ ఇంధనాన్ని భారీ స్థాయిలో ఉపయోగించారు. అయినప్పటికీ, శిలాజ ఇంధనం ఆధిపత్యం చెలాయించే ప్రపంచ ఇంధన వ్యవస్థ కారణంగా, శిలాజ ఇంధనం తరిగిపోవడం అనేది ఇక ఎంతో దూరంలో లేదు.

బొగ్గు, చమురు మరియు సహజ వాయువు వంటి మూడు సాంప్రదాయ శిలాజ ఇంధన ఆర్థిక వనరులు కొత్త శతాబ్దంలో వేగంగా తరిగిపోతాయి. వీటి వినియోగం మరియు దహన ప్రక్రియలో, ఇది హరితగృహ ప్రభావాన్ని కలిగించి, భారీ మొత్తంలో కాలుష్య కారకాలను ఉత్పత్తి చేసి, పర్యావరణాన్ని కలుషితం చేస్తుంది.

అందువల్ల, శిలాజ ఇంధనంపై ఆధారపడటాన్ని తగ్గించడం, ప్రస్తుతం ఉన్న అహేతుకమైన ఇంధన వినియోగ విధానాన్ని మార్చడం, మరియు స్వచ్ఛమైన, కాలుష్య రహిత నూతన పునరుత్పాదక ఇంధనాన్ని అన్వేషించడం అత్యవసరం.

ప్రస్తుతం, పునరుత్పాదక శక్తిలో ప్రధానంగా పవన శక్తి, హైడ్రోజన్ శక్తి, సౌర శక్తి, జీవద్రవ్య శక్తి, అలల శక్తి మరియు భూఉష్ణ శక్తి మొదలైనవి ఉన్నాయి, మరియు పవన శక్తి, సౌర శక్తి ప్రపంచవ్యాప్తంగా ప్రస్తుత పరిశోధనా కేంద్రాలుగా ఉన్నాయి.

అయితే, వివిధ పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులను సమర్థవంతంగా మార్చడం మరియు నిల్వ చేయడం ఇప్పటికీ చాలా కష్టంగా ఉంది, అందువల్ల వాటిని సమర్థవంతంగా ఉపయోగించుకోవడం కూడా కష్టమవుతుంది.

ఈ సందర్భంలో, మానవులు నూతన పునరుత్పాదక శక్తిని సమర్థవంతంగా వినియోగించుకోవాలంటే, సౌకర్యవంతమైన మరియు సమర్థవంతమైన నూతన శక్తి నిల్వ సాంకేతికతను అభివృద్ధి చేయడం అవసరం. ఇది ప్రస్తుత సామాజిక పరిశోధనలో కూడా ఒక కీలకమైన అంశం.

ప్రస్తుతం, అత్యంత సమర్థవంతమైన సెకండరీ బ్యాటరీలలో ఒకటైన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు వివిధ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు, రవాణా, ఏరోస్పేస్ మరియు ఇతర రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నప్పటికీ, వాటి అభివృద్ధికి అవకాశాలు మరింత కష్టతరంగా ఉన్నాయి.

సోడియం మరియు లిథియం యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలు సారూప్యంగా ఉంటాయి, మరియు దీనికి శక్తి నిల్వ సామర్థ్యం ఉంది. దీని సమృద్ధి, సోడియం వనరు యొక్క ఏకరీతి పంపిణీ మరియు తక్కువ ధర కారణంగా, దీనిని భారీ-స్థాయి శక్తి నిల్వ సాంకేతికతలో ఉపయోగిస్తారు, ఇది తక్కువ ఖర్చు మరియు అధిక సామర్థ్యం అనే లక్షణాలను కలిగి ఉంది.

సోడియం అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క ధన మరియు రుణ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలలో పొరలుగా ఉండే పరివర్తన లోహ సమ్మేళనాలు, పాలిఅనయాన్లు, పరివర్తన లోహ ఫాస్ఫేట్లు, కోర్-షెల్ నానోపార్టికల్స్, లోహ సమ్మేళనాలు, హార్డ్ కార్బన్ మొదలైనవి ఉంటాయి.

ప్రకృతిలో అత్యంత సమృద్ధిగా నిల్వలు కలిగిన మూలకం కావడం వల్ల, కార్బన్ చవకైనది మరియు సులభంగా లభిస్తుంది, మరియు సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలకు ఆనోడ్ పదార్థంగా ఇది చాలా గుర్తింపు పొందింది.

గ్రాఫైటైజేషన్ స్థాయిని బట్టి, కార్బన్ పదార్థాలను గ్రాఫైటిక్ కార్బన్ మరియు అమార్ఫస్ కార్బన్ అనే రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు.

అమార్ఫస్ కార్బన్ వర్గానికి చెందిన హార్డ్ కార్బన్, 300mAh/g సోడియం నిల్వ నిర్దిష్ట సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, అయితే అధిక స్థాయి గ్రాఫిటైజేషన్ కలిగిన కార్బన్ పదార్థాలు వాటి పెద్ద ఉపరితల వైశాల్యం మరియు బలమైన క్రమబద్ధత కారణంగా వాణిజ్యపరమైన వినియోగానికి కష్టతరంగా ఉంటాయి.

అందువల్ల, ఆచరణాత్మక పరిశోధనలో ప్రధానంగా గ్రాఫైట్ కాని గట్టి కార్బన్ పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు.

సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం యానోడ్ పదార్థాల పనితీరును మరింత మెరుగుపరచడానికి, అయాన్ డోపింగ్ లేదా కాంపౌండింగ్ ద్వారా కార్బన్ పదార్థాల జలప్రియత్వాన్ని మరియు వాహకతను మెరుగుపరచవచ్చు, ఇది కార్బన్ పదార్థాల శక్తి నిల్వ పనితీరును పెంచుతుంది.

సోడియం అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా, లోహ సమ్మేళనాలు ప్రధానంగా ద్విమితీయ లోహ కార్బైడ్‌లు మరియు నైట్రైడ్‌లుగా ఉంటాయి. ద్విమితీయ పదార్థాల యొక్క అద్భుతమైన లక్షణాలతో పాటు, అవి అధిశోషణం మరియు అంతర్వేశనం ద్వారా సోడియం అయాన్‌లను నిల్వ చేయడమే కాకుండా, సోడియం అయాన్‌లతో కలిసి రసాయన చర్యల ద్వారా కెపాసిటెన్స్‌ను ఉత్పత్తి చేసి శక్తిని నిల్వ చేస్తాయి, తద్వారా శక్తి నిల్వ సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తాయి.

లోహ సమ్మేళనాలను పొందడంలో ఉన్న అధిక వ్యయం మరియు కష్టాల కారణంగా, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలకు కార్బన్ పదార్థాలు ఇప్పటికీ ప్రధాన యానోడ్ పదార్థాలుగా ఉన్నాయి.

గ్రాఫేన్ ఆవిష్కరణ తర్వాతే పొరల రూపంలో ఉండే పరివర్తన లోహ సమ్మేళనాల ప్రాముఖ్యత పెరిగింది. ప్రస్తుతం, సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఉపయోగించే ద్విమితీయ పదార్థాలలో ప్రధానంగా సోడియం ఆధారిత పొరల రూపంలో ఉండే NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 మొదలైనవి ఉన్నాయి.

పాలీఅనయానిక్ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను మొదట లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్‌లలో, ఆ తర్వాత సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో ఉపయోగించారు. NaMnPO4 మరియు NaFePO4 వంటి ఒలివిన్ స్ఫటికాలు ముఖ్యమైన ప్రతినిధి పదార్థాలుగా ఉన్నాయి.

ట్రాన్సిషన్ మెటల్ ఫాస్ఫేట్‌ను మొదట్లో లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించారు. దీని సంశ్లేషణ ప్రక్రియ చాలా పరిణతి చెందింది మరియు ఇందులో అనేక స్ఫటిక నిర్మాణాలు ఉన్నాయి.

ఫాస్ఫేట్, ఒక త్రిమితీయ నిర్మాణంగా, సోడియం అయాన్ల డీఇంటర్‌కలేషన్ మరియు ఇంటర్‌కలేషన్‌కు అనుకూలమైన ఫ్రేమ్‌వర్క్ నిర్మాణాన్ని నిర్మిస్తుంది, తద్వారా అద్భుతమైన శక్తి నిల్వ పనితీరుతో సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలను పొందవచ్చు.

కోర్-షెల్ నిర్మాణ పదార్థం అనేది సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీల కోసం ఇటీవలి సంవత్సరాలలో మాత్రమే ఉద్భవించిన ఒక కొత్త రకం ఆనోడ్ పదార్థం. అసలైన పదార్థాల ఆధారంగా, ఈ పదార్థం సున్నితమైన నిర్మాణ రూపకల్పన ద్వారా బోలు నిర్మాణాన్ని సాధించింది.

మరింత సాధారణమైన కోర్-షెల్ నిర్మాణ పదార్థాలలో బోలు కోబాల్ట్ సెలెనైడ్ నానోక్యూబ్‌లు, Fe-N కో-డోప్డ్ కోర్-షెల్ సోడియం వనాడేట్ నానోస్పియర్‌లు, పోరస్ కార్బన్ బోలు టిన్ ఆక్సైడ్ నానోస్పియర్‌లు మరియు ఇతర బోలు నిర్మాణాలు ఉన్నాయి.

దాని అద్భుతమైన లక్షణాలు, మంత్రముగ్ధమైన బోలు మరియు సచ్ఛిద్ర నిర్మాణంతో కలిసి, ఎలక్ట్రోలైట్‌కు మరింత విద్యుత్ రసాయన క్రియాశీలతను అందిస్తాయి, అదే సమయంలో, సమర్థవంతమైన శక్తి నిల్వను సాధించడానికి ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అయాన్ చలనశీలతను కూడా బాగా ప్రోత్సహిస్తుంది.

ప్రపంచవ్యాప్తంగా పునరుత్పాదక శక్తి పెరుగుతూనే ఉంది, ఇది శక్తి నిల్వ సాంకేతికత అభివృద్ధిని ప్రోత్సహిస్తోంది.

ప్రస్తుతం, వివిధ శక్తి నిల్వ పద్ధతుల ప్రకారం, దీనిని భౌతిక శక్తి నిల్వ మరియు విద్యుత్ రసాయన శక్తి నిల్వగా విభజించవచ్చు.

విద్యుత్ రసాయన శక్తి నిల్వ దాని అధిక భద్రత, తక్కువ ఖర్చు, సౌకర్యవంతమైన ఉపయోగం మరియు అధిక సామర్థ్యం వంటి ప్రయోజనాల కారణంగా నేటి నూతన శక్తి నిల్వ సాంకేతికత యొక్క అభివృద్ధి ప్రమాణాలకు అనుగుణంగా ఉంది.

వివిధ విద్యుత్ రసాయన ప్రతిచర్య ప్రక్రియల ప్రకారం, విద్యుత్ రసాయన శక్తి నిల్వ శక్తి వనరులలో ప్రధానంగా సూపర్‌కెపాసిటర్లు, లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు, ఫ్యూయల్ పవర్ బ్యాటరీలు, నికెల్-మెటల్ హైడ్రైడ్ బ్యాటరీలు, సోడియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు మరియు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు ఉంటాయి.

శక్తి నిల్వ సాంకేతికతలో, ఫ్లెక్సిబుల్ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు వాటి రూపకల్పన వైవిధ్యం, నమ్యత, తక్కువ ఖర్చు మరియు పర్యావరణ పరిరక్షణ లక్షణాల కారణంగా చాలా మంది శాస్త్రవేత్తల పరిశోధనా ఆసక్తిని ఆకర్షించాయి.

కార్బన్ పదార్థాలు ప్రత్యేకమైన ఉష్ణరసాయన స్థిరత్వం, మంచి విద్యుత్ వాహకత్వం, అధిక బలం మరియు అసాధారణమైన యాంత్రిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, అందువల్ల అవి లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు మరియు సోడియం-అయాన్ బ్యాటరీలకు ఆశాజనకమైన ఎలక్ట్రోడ్‌లుగా నిలుస్తాయి.

సూపర్‌కెపాసిటర్లను అధిక కరెంట్ పరిస్థితులలో వేగంగా ఛార్జ్ మరియు డిశ్చార్జ్ చేయవచ్చు, మరియు ఇవి 100,000 సార్లకు పైగా సైకిల్ లైఫ్‌ను కలిగి ఉంటాయి. ఇవి కెపాసిటర్లు మరియు బ్యాటరీల మధ్య ఉండే ఒక కొత్త రకమైన ప్రత్యేక ఎలక్ట్రోకెమికల్ శక్తి నిల్వ విద్యుత్ సరఫరా పరికరాలు.

సూపర్‌కెపాసిటర్లు అధిక పవర్ డెన్సిటీ మరియు అధిక శక్తి మార్పిడి రేటు వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటి ఎనర్జీ డెన్సిటీ తక్కువగా ఉంటుంది, అవి సెల్ఫ్-డిశ్చార్జ్‌కు గురయ్యే అవకాశం ఉంది, మరియు సరిగ్గా ఉపయోగించనప్పుడు ఎలక్ట్రోలైట్ లీకేజీకి కూడా గురవుతాయి.

ఫ్యూయల్ పవర్ సెల్‌కు ఛార్జింగ్ అవసరం లేకపోవడం, అధిక సామర్థ్యం, ​​అధిక నిర్దిష్ట సామర్థ్యం మరియు విస్తృత నిర్దిష్ట శక్తి పరిధి వంటి లక్షణాలు ఉన్నప్పటికీ, దాని అధిక నిర్వహణ ఉష్ణోగ్రత, అధిక ధర మరియు తక్కువ శక్తి మార్పిడి సామర్థ్యం కారణంగా ఇది వాణిజ్యీకరణ ప్రక్రియలో కొన్ని నిర్దిష్ట వర్గాలలో మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది.

లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు తక్కువ ధర, పరిణతి చెందిన సాంకేతికత మరియు అధిక భద్రత వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి మరియు సిగ్నల్ బేస్ స్టేషన్లు, ఎలక్ట్రిక్ సైకిళ్లు, ఆటోమొబైల్స్ మరియు గ్రిడ్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. పర్యావరణాన్ని కలుషితం చేయడం వంటి లోపాలు ఉన్నప్పటికీ, ఇవి శక్తి నిల్వ బ్యాటరీల కోసం అంతకంతకూ పెరుగుతున్న అధిక అవసరాలు మరియు ప్రమాణాలను అందుకోలేకపోతున్నాయి.

Ni-MH బ్యాటరీలు అధిక బహుముఖ ప్రజ్ఞ, తక్కువ ఉష్ణ విలువ, అధిక మోనోమర్ సామర్థ్యం మరియు స్థిరమైన డిశ్చార్జ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటి బరువు సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు బ్యాటరీ సిరీస్ నిర్వహణలో అనేక సమస్యలు ఉన్నాయి, దీనివల్ల ఒక్కో బ్యాటరీ సెపరేటర్ సులభంగా కరిగిపోవచ్చు.