മനുഷ്യ നാഗരികതയുടെ പുരോഗതിയുടെ ഭൗതിക അടിസ്ഥാനമെന്ന നിലയിൽ ഊർജ്ജം എല്ലായ്‌പ്പോഴും ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്. മനുഷ്യ സമൂഹത്തിന്റെ വികസനത്തിന് അത് ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്ത ഒരു ഉറപ്പാണ്. വെള്ളം, വായു, ഭക്ഷണം എന്നിവയ്‌ക്കൊപ്പം, അത് മനുഷ്യന്റെ നിലനിൽപ്പിന് ആവശ്യമായ സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും മനുഷ്യജീവിതത്തെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. .

വിറകിന്റെ "യുഗം" മുതൽ കൽക്കരി "യുഗം" വരെയും പിന്നീട് കൽക്കരി "യുഗം" മുതൽ എണ്ണയുടെ "യുഗം" വരെയും ഊർജ്ജ വ്യവസായത്തിന്റെ വികസനം രണ്ട് പ്രധാന പരിവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമായി. ഇപ്പോൾ അത് എണ്ണയുടെ "യുഗത്തിൽ" നിന്ന് പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ മാറ്റത്തിന്റെ "യുഗത്തിലേക്ക്" മാറാൻ തുടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.

പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തിൽ കൽക്കരി പ്രധാന സ്രോതസ്സായി ഉപയോഗിച്ചു തുടങ്ങി, ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ മധ്യത്തിൽ എണ്ണ പ്രധാന സ്രോതസ്സായി ഉപയോഗിച്ചു തുടങ്ങി, 200 വർഷത്തിലേറെയായി മനുഷ്യർ ഫോസിൽ ഊർജ്ജം വൻതോതിൽ ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഫോസിൽ ഊർജ്ജം ആധിപത്യം പുലർത്തുന്ന ആഗോള ഊർജ്ജ ഘടന ഫോസിൽ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ശോഷണത്തിൽ നിന്ന് ഇനി അകലെയല്ല.

കൽക്കരി, എണ്ണ, പ്രകൃതിവാതകം എന്നിവയാൽ പ്രതിനിധീകരിക്കപ്പെടുന്ന മൂന്ന് പരമ്പരാഗത ഫോസിൽ ഊർജ്ജ സാമ്പത്തിക വാഹകർ പുതിയ നൂറ്റാണ്ടിൽ വേഗത്തിൽ തീർന്നുപോകും, ​​കൂടാതെ ഉപയോഗത്തിലൂടെയും ജ്വലനത്തിലൂടെയും ഇത് ഹരിതഗൃഹ പ്രഭാവത്തിന് കാരണമാകുകയും വലിയ അളവിൽ മലിനീകരണം സൃഷ്ടിക്കുകയും പരിസ്ഥിതിയെ മലിനമാക്കുകയും ചെയ്യും.

അതുകൊണ്ട്, ഫോസിൽ ഊർജ്ജത്തെ ആശ്രയിക്കുന്നത് കുറയ്ക്കുകയും നിലവിലുള്ള യുക്തിരഹിതമായ ഊർജ്ജ ഉപയോഗ ഘടന മാറ്റുകയും ശുദ്ധവും മലിനീകരണ രഹിതവുമായ പുതിയ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജം തേടുകയും ചെയ്യേണ്ടത് അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്.

നിലവിൽ, പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തിൽ പ്രധാനമായും കാറ്റാടി ഊർജ്ജം, ഹൈഡ്രജൻ ഊർജ്ജം, സൗരോർജ്ജം, ബയോമാസ് ഊർജ്ജം, ടൈഡൽ ഊർജ്ജം, ഭൂതാപ ഊർജ്ജം തുടങ്ങിയവ ഉൾപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ കാറ്റാടി ഊർജ്ജവും സൗരോർജ്ജവും ലോകമെമ്പാടുമുള്ള നിലവിലെ ഗവേഷണ കേന്ദ്രങ്ങളാണ്.

എന്നിരുന്നാലും, വിവിധ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളുടെ കാര്യക്ഷമമായ പരിവർത്തനവും സംഭരണവും കൈവരിക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും താരതമ്യേന ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, അതിനാൽ അവ ഫലപ്രദമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, മനുഷ്യർക്ക് പുതിയ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഫലപ്രദമായ ഉപയോഗം സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന്, സൗകര്യപ്രദവും കാര്യക്ഷമവുമായ പുതിയ ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, ഇത് നിലവിലെ സാമൂഹിക ഗവേഷണത്തിലെ ഒരു ചൂടുള്ള സ്ഥലമാണ്.

നിലവിൽ, ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമായ ദ്വിതീയ ബാറ്ററികളിൽ ഒന്നായ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ വിവിധ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ, ഗതാഗതം, ബഹിരാകാശം, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. , വികസനത്തിനുള്ള സാധ്യതകൾ കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

സോഡിയത്തിന്റെയും ലിഥിയത്തിന്റെയും ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഗുണങ്ങൾ സമാനമാണ്, കൂടാതെ ഇതിന് ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​ഫലവുമുണ്ട്. സമ്പന്നമായ ഉള്ളടക്കം, സോഡിയം സ്രോതസ്സിന്റെ ഏകീകൃത വിതരണം, കുറഞ്ഞ വില എന്നിവ കാരണം, കുറഞ്ഞ ചെലവും ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയും ഉള്ള വലിയ തോതിലുള്ള ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

സോഡിയം അയോൺ ബാറ്ററികളുടെ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കളിൽ ലെയേർഡ് ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ സംയുക്തങ്ങൾ, പോളിയാനിയനുകൾ, ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഫോസ്ഫേറ്റുകൾ, കോർ-ഷെൽ നാനോകണങ്ങൾ, ലോഹ സംയുക്തങ്ങൾ, ഹാർഡ് കാർബൺ മുതലായവ ഉൾപ്പെടുന്നു.

പ്രകൃതിയിൽ വളരെയധികം ശേഖരമുള്ള ഒരു മൂലകമെന്ന നിലയിൽ, കാർബൺ വിലകുറഞ്ഞതും എളുപ്പത്തിൽ ലഭിക്കുന്നതുമാണ്, കൂടാതെ സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കുള്ള ആനോഡ് മെറ്റീരിയലായി വളരെയധികം അംഗീകാരം നേടിയിട്ടുണ്ട്.

ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷന്റെ അളവ് അനുസരിച്ച്, കാർബൺ വസ്തുക്കളെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി തിരിക്കാം: ഗ്രാഫിറ്റിക് കാർബൺ, അമോർഫസ് കാർബൺ.

അമോർഫസ് കാർബണിൽ പെടുന്ന ഹാർഡ് കാർബൺ 300mAh/g എന്ന സോഡിയം സംഭരണ ​​നിർദ്ദിഷ്ട ശേഷി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, അതേസമയം ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ഗ്രാഫിറ്റൈസേഷൻ ഉള്ള കാർബൺ വസ്തുക്കൾ അവയുടെ വലിയ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും ശക്തമായ ക്രമവും കാരണം വാണിജ്യ ഉപയോഗം നിറവേറ്റാൻ പ്രയാസമാണ്.

അതിനാൽ, പ്രായോഗിക ഗവേഷണങ്ങളിൽ പ്രധാനമായും ഗ്രാഫൈറ്റ് അല്ലാത്ത ഹാർഡ് കാർബൺ വസ്തുക്കളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കുള്ള ആനോഡ് വസ്തുക്കളുടെ പ്രകടനം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, അയോൺ ഡോപ്പിംഗ് അല്ലെങ്കിൽ കോമ്പൗണ്ടിംഗ് വഴി കാർബൺ വസ്തുക്കളുടെ ഹൈഡ്രോഫിലിസിറ്റിയും ചാലകതയും മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, ഇത് കാർബൺ വസ്തുക്കളുടെ ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​പ്രകടനം വർദ്ധിപ്പിക്കും.

സോഡിയം അയോൺ ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയൽ എന്ന നിലയിൽ, ലോഹ സംയുക്തങ്ങൾ പ്രധാനമായും ദ്വിമാന ലോഹ കാർബൈഡുകളും നൈട്രൈഡുകളുമാണ്.ദ്വിമാന വസ്തുക്കളുടെ മികച്ച സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്ക് പുറമേ, അവയ്ക്ക് സോഡിയം അയോണുകളെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും ഇന്റർകലേഷൻ വഴിയും സംഭരിക്കാൻ മാത്രമല്ല, സോഡിയവുമായി സംയോജിപ്പിക്കാനും കഴിയും. അയോണുകളുടെ സംയോജനം ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിനായി രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ കപ്പാസിറ്റൻസ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അതുവഴി ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​പ്രഭാവം വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

ലോഹ സംയുക്തങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നതിനുള്ള ഉയർന്ന വിലയും ബുദ്ധിമുട്ടും കാരണം, സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കുള്ള പ്രധാന ആനോഡ് വസ്തുക്കളായി ഇപ്പോഴും കാർബൺ വസ്തുക്കൾ തുടരുന്നു.

ഗ്രാഫീന്റെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിന് ശേഷമാണ് പാളികളുള്ള സംക്രമണ ലോഹ സംയുക്തങ്ങളുടെ ഉദയം ഉണ്ടായത്. നിലവിൽ, സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ദ്വിമാന വസ്തുക്കളിൽ പ്രധാനമായും സോഡിയം അധിഷ്ഠിത പാളികളുള്ള NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4 മുതലായവ ഉൾപ്പെടുന്നു.

പോളിയാനോനിക് പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ ആദ്യം ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററി പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡുകളിലാണ് ഉപയോഗിച്ചത്, പിന്നീട് സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിലും ഉപയോഗിച്ചു. പ്രധാന പ്രതിനിധി വസ്തുക്കളിൽ NaMnPO4, NaFePO4 പോലുള്ള ഒലിവൈൻ പരലുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളിൽ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ് മെറ്റീരിയലായിട്ടാണ് ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഫോസ്ഫേറ്റ് ആദ്യം ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. സിന്തസിസ് പ്രക്രിയ താരതമ്യേന പക്വമാണ്, കൂടാതെ നിരവധി ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളും ഉണ്ട്.

ഒരു ത്രിമാന ഘടന എന്ന നിലയിൽ ഫോസ്ഫേറ്റ്, സോഡിയം അയോണുകളുടെ ഡീഇന്റർകലേഷനും ഇന്റർകലേഷനും സഹായകമായ ഒരു ഫ്രെയിംവർക്ക് ഘടന നിർമ്മിക്കുന്നു, തുടർന്ന് മികച്ച ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​പ്രകടനത്തോടെ സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ നേടുന്നു.

സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കായുള്ള ഒരു പുതിയ തരം ആനോഡ് മെറ്റീരിയലാണ് കോർ-ഷെൽ ഘടനാ വസ്തു, സമീപ വർഷങ്ങളിൽ മാത്രമാണ് ഇത് ഉയർന്നുവന്നത്. യഥാർത്ഥ വസ്തുക്കളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, മികച്ച ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ ഈ മെറ്റീരിയൽ ഒരു പൊള്ളയായ ഘടന നേടിയിട്ടുണ്ട്.

പൊള്ളയായ കൊബാൾട്ട് സെലിനൈഡ് നാനോക്യൂബുകൾ, Fe-N കോ-ഡോപ്പ്ഡ് കോർ-ഷെൽ സോഡിയം വനാഡേറ്റ് നാനോസ്ഫിയറുകൾ, പോറസ് കാർബൺ ഹോളോ ടിൻ ഓക്സൈഡ് നാനോസ്ഫിയറുകൾ, മറ്റ് പൊള്ളയായ ഘടനകൾ എന്നിവയാണ് കൂടുതൽ സാധാരണമായ കോർ-ഷെൽ ഘടനാ വസ്തുക്കളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നത്.

മാന്ത്രികമായ പൊള്ളയായതും സുഷിരങ്ങളുള്ളതുമായ ഘടനയുമായി ചേർന്ന് അതിന്റെ മികച്ച സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ കാരണം, കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന് വിധേയമാകുന്നു, അതേസമയം, കാര്യക്ഷമമായ ഊർജ്ജ സംഭരണം കൈവരിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോലൈറ്റിന്റെ അയോൺ മൊബിലിറ്റിയെ ഇത് വളരെയധികം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ആഗോളതലത്തിൽ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു, ഇത് ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനത്തെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു.

നിലവിൽ, വ്യത്യസ്ത ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​രീതികൾ അനുസരിച്ച്, അതിനെ ഭൗതിക ഊർജ്ജ സംഭരണം, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ ഊർജ്ജ സംഭരണം എന്നിങ്ങനെ വിഭജിക്കാം.

ഉയർന്ന സുരക്ഷ, കുറഞ്ഞ ചെലവ്, വഴക്കമുള്ള ഉപയോഗം, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത എന്നീ ഗുണങ്ങൾ കാരണം ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ എനർജി സ്റ്റോറേജ് ഇന്നത്തെ പുതിയ എനർജി സ്റ്റോറേജ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസന മാനദണ്ഡങ്ങൾ പാലിക്കുന്നു.

വ്യത്യസ്ത ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തന പ്രക്രിയകൾ അനുസരിച്ച്, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ എനർജി സ്റ്റോറേജ് പവർ സ്രോതസ്സുകളിൽ പ്രധാനമായും സൂപ്പർകപ്പാസിറ്ററുകൾ, ലെഡ്-ആസിഡ് ബാറ്ററികൾ, ഇന്ധന പവർ ബാറ്ററികൾ, നിക്കൽ-മെറ്റൽ ഹൈഡ്രൈഡ് ബാറ്ററികൾ, സോഡിയം-സൾഫർ ബാറ്ററികൾ, ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, വഴക്കമുള്ള ഇലക്ട്രോഡ് വസ്തുക്കൾ അവയുടെ രൂപകൽപ്പന വൈവിധ്യം, വഴക്കം, കുറഞ്ഞ വില, പരിസ്ഥിതി സംരക്ഷണ സവിശേഷതകൾ എന്നിവ കാരണം നിരവധി ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഗവേഷണ താൽപ്പര്യങ്ങളെ ആകർഷിച്ചിട്ടുണ്ട്.

കാർബൺ വസ്തുക്കൾക്ക് പ്രത്യേക തെർമോകെമിക്കൽ സ്ഥിരത, നല്ല വൈദ്യുതചാലകത, ഉയർന്ന ശക്തി, അസാധാരണമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവയുണ്ട്, ഇത് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കും സോഡിയം-അയൺ ബാറ്ററികൾക്കും വാഗ്ദാനമായ ഇലക്ട്രോഡുകളാക്കി മാറ്റുന്നു.

ഉയർന്ന വൈദ്യുതധാര സാഹചര്യങ്ങളിൽ സൂപ്പർകപ്പാസിറ്ററുകൾ വേഗത്തിൽ ചാർജ് ചെയ്യാനും ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനും കഴിയും, കൂടാതെ 100,000 തവണയിൽ കൂടുതൽ സൈക്കിൾ ലൈഫ് ഉണ്ട്. കപ്പാസിറ്ററുകൾക്കും ബാറ്ററികൾക്കുമിടയിൽ ഒരു പുതിയ തരം പ്രത്യേക ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ എനർജി സ്റ്റോറേജ് പവർ സപ്ലൈയാണ് അവ.

സൂപ്പർകപ്പാസിറ്ററുകൾക്ക് ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റി, ഉയർന്ന എനർജി കൺവേർഷൻ നിരക്ക് എന്നീ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ഉണ്ട്, എന്നാൽ അവയുടെ എനർജി ഡെൻസിറ്റി കുറവാണ്, സ്വയം ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണ്, അനുചിതമായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ചോർച്ചയ്ക്ക് സാധ്യത കൂടുതലാണ്.

ചാർജിംഗ് ഇല്ല, വലിയ ശേഷി, ഉയർന്ന നിർദ്ദിഷ്ട ശേഷി, വിശാലമായ നിർദ്ദിഷ്ട പവർ ശ്രേണി എന്നീ സവിശേഷതകൾ ഇന്ധന പവർ സെല്ലിന് ഉണ്ടെങ്കിലും, അതിന്റെ ഉയർന്ന പ്രവർത്തന താപനില, ഉയർന്ന വില, കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത എന്നിവ ചില വിഭാഗങ്ങളിൽ വാണിജ്യവൽക്കരണ പ്രക്രിയയിൽ മാത്രമേ ഇത് ലഭ്യമാകൂ.

ലെഡ്-ആസിഡ് ബാറ്ററികൾക്ക് കുറഞ്ഞ വില, പക്വമായ സാങ്കേതികവിദ്യ, ഉയർന്ന സുരക്ഷ എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ സിഗ്നൽ ബേസ് സ്റ്റേഷനുകൾ, ഇലക്ട്രിക് സൈക്കിളുകൾ, ഓട്ടോമൊബൈലുകൾ, ഗ്രിഡ് എനർജി സ്റ്റോറേജ് എന്നിവയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു. പരിസ്ഥിതിയെ മലിനമാക്കുന്നത് പോലുള്ള ചെറിയ ബോർഡുകൾക്ക് ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​ബാറ്ററികൾക്കായുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഉയർന്ന ആവശ്യകതകളും മാനദണ്ഡങ്ങളും നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല.

Ni-MH ബാറ്ററികൾക്ക് ശക്തമായ വൈവിധ്യം, കുറഞ്ഞ കലോറിഫിക് മൂല്യം, വലിയ മോണോമർ ശേഷി, സ്ഥിരതയുള്ള ഡിസ്ചാർജ് സവിശേഷതകൾ എന്നീ സവിശേഷതകളുണ്ട്, എന്നാൽ അവയുടെ ഭാരം താരതമ്യേന വലുതാണ്, കൂടാതെ ബാറ്ററി സീരീസ് മാനേജ്മെന്റിൽ നിരവധി പ്രശ്നങ്ങളുണ്ട്, ഇത് സിംഗിൾ ബാറ്ററി സെപ്പറേറ്ററുകൾ ഉരുകാൻ എളുപ്പത്തിൽ ഇടയാക്കും.