能源作為人類文明進步的物質基礎，一直扮演著重要的角色，是人類社會發展必不可少的保障，與水、空氣、糧食等共同構成了人類賴以生存的必要條件，直接影響著人類的生活。

能源工業的發展，經過了由薪柴“時代”到煤炭“時代”，再由煤炭“時代”到石油“時代”的兩大轉變，目前已經開始由石油“時代”向可再生能源“時代”的轉變。

從19世紀初期以煤炭為主，到20世紀中期以石油為主，人類大規模利用化石能源已經有200多年了。然而，全球以化石能源為主的能源結構特征，使得距離化石能源枯竭的日子，不再遙遠。

以煤炭、石油和天然氣為代表的傳統的三大化石能源經濟載體，在新世紀將會迅速枯竭，且在使用和燃燒過程中，還會導致溫室效應，產生大量污染物，污染環境。

因此，降低對化石能源的依賴，改變現有的不合理的能源使用結構，尋求清潔、無污染的新型可再生能源，勢在必行。

目前可再生能源主要包括風能、氫能、太陽能、生物能、潮汐能和地熱能等，而風能與太陽能，更是當前世界范圍內的研究熱點。

然而，實現各種可再生能源相互之間的高效轉化和儲存，當前還比較困難，因此使其難以有效的被利用。

在此情形下，為了實現人類對新型可再生能源的有效利用，就要發展便捷高效的新型儲能技術，這也是當前社會研究的熱點。

一

目前，鋰離子電池作為最高效的二次電池之一，已被廣泛的應用于各種電子器件、交通、航天等領域，但隨著能源利用的增加，鋰元素因儲量少、價格高等原因，發展前景較為艱難。

鈉與鋰的物理化學性質類似，具有儲能效果，且因其含量豐富、鈉源分布均勻、價格較低等因素，將其應用于大規模的儲能技術，具有成本少、效益高等特點。

鈉離子電池的正負極材料包括層狀過渡金屬化合物、聚陰離子型、過渡金屬磷酸鹽、核殼納米、金屬化合物、硬碳等。

碳作為自然界儲量極其豐富的一種元素，廉價易得，作為鈉離子電池負極材料獲得了諸多的認可。

按照石墨化程度，碳材料可以分為石墨類碳和無定型碳兩大類。

歸屬于無定形碳中的硬碳，表現出了達300mAh/g 的儲鈉比容量， 而石墨化程度較高的碳材料由于表面積較大、有序性較強等原因，難以滿足商業應用。

因此，在實際研究中以非石墨類硬碳材料為主。

為了進一步提升鈉離子電池負極材料的性能，通過離子摻雜或復合的方法對碳材料的親水性、導電性等進行改善，可以增強碳材料的儲能性能。

金屬化合物作為鈉離子電池負極材料，主要是以二維金屬碳化物、氮化物為主，除了具備二維材料的優異特性以外，不僅可以通過吸附、插層的方式儲存鈉離子，還可以與鈉離子結合，通過化學反應產生電容進行儲能，進而極大的提升儲能效果。

金屬化合物由于受限于成本太高，且難以獲得，因此目前鈉離子電池負極材料仍然以碳材料為主。

層狀過渡金屬化合物的興起是在石墨烯發現之后，目前應用于鈉離子電池的二維材料主要有鈉基層狀NaxMO4、NaxCoO4、NaxMnO4、NaxVO4、NaxFeO4等。

聚陰離子型正極材料最早應用于鋰離子電池正極，后被借鑒應用于鈉離子電池，主要代表材料有NaMnPO4、NaFePO4 等橄欖石型晶體。

過渡金屬磷酸鹽最開始也是被應用于鋰離子電池中的一種正極材料，合成工藝較成熟，晶體結構較多。

磷酸鹽作為一種三維結構，搭建起來的一種框架結構有利于鈉離子的脫嵌和嵌入，進而得到儲能性能優異的鈉離子電池。

核殼結構材料是近年來才興起的新型鈉離子電池正極材料，這種材料在原有材料的基礎上，通過精妙的結構設計，實現了空心結構。

比較常見的核殼結構材料有空心硒化鈷納米立方、Fe-N共參雜核殼釩酸鈉納米球、多孔碳空心氧化錫納米球等空心結構。

由于其本身的優異特性，再加上獨特的空心、多孔結構，使得更多的電化學活性暴漏在電解液當中，同時還會極大的促進電解液的離子遷移率，實現高效儲能。

二

全球可再生能源的持續增長，推動了儲能技術的發展。

目前，根據儲能方式的不同，可以分為物理儲能和電化學儲能。

電化學儲能因安全性高、成本低、應用靈活，以及效率高等優點，滿足了當今新能源儲能技術的發展標準。

按照不同的電化學反應過程，電化學儲能電源主要包括超級電容器、鉛酸電池、燃料電池、鎳氫電池、鈉硫電池，以及鋰離子電池等。

儲能技術中，柔性電極材料由于其設計的多樣性、靈活性、低成本，以及環保的特性，吸引了諸多科學家的研究興趣。

碳材料具有特殊的熱化學穩定性、良好的導電率、較高強度，以及非比尋常的機械性能，使其有望成為鋰離子電池和鈉離子電池的電極。

超級電容器可以在大電流條件下快速充放電，且循環壽命達10萬次以上，是一種介于電容和電池之間的新型特殊電化學儲能電源。

超級電容器具有高功率密度與高能量轉化率等特點，但其能量密度較低，易發生自放電，使用不當時易發生電解液的泄露。

燃料電池雖具有不用充電，容量大，比容量高和比功率范圍廣等特點，但其運行溫度高，成本價格較高，以及能量轉換效率低，使其在商業化的過程中只能在某些特定的領域使用。

鉛酸電池具有成本低廉，技術成熟，安全性高等優點，且在信號基站，電動自行車、汽車與電網儲能等方面已有廣泛的應用，但其因能量密度低、體積大、壽命短，以及污染環境等短板，無法滿足對儲能電池越來越高的要求與標準。

鎳氫電池具有通用性強，發熱量小，單體容量大，放電特性平穩等特點，但其本身的重量比較大，且電池串聯管理的問題較多，易導致單體電池隔板融化。?
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