L'énergie, en tant que base matérielle du progrès de la civilisation humaine, a toujours joué un rôle important. Elle est une garantie indispensable au développement de la société humaine. Avec l'eau, l'air et la nourriture, elle constitue les conditions nécessaires à la survie humaine et influe directement sur la vie humaine.

Le développement du secteur énergétique a connu deux transformations majeures : le passage de l’ère du bois de chauffage à l’ère du charbon, puis de l’ère du charbon à l’ère du pétrole. Aujourd’hui, il amorce une transition de l’ère du pétrole à l’ère des énergies renouvelables.

Du charbon comme principale source d'énergie au début du XIXe siècle au pétrole comme principale source au milieu du XXe siècle, l'humanité a utilisé les énergies fossiles à grande échelle pendant plus de 200 ans. Cependant, la structure énergétique mondiale, dominée par les énergies fossiles, laisse présager un épuisement imminent de ces ressources.

Les trois vecteurs économiques traditionnels de l'énergie fossile que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel s'épuiseront rapidement au cours du nouveau siècle, et leur utilisation et leur combustion provoqueront également l'effet de serre, généreront une grande quantité de polluants et pollueront l'environnement.

Il est donc impératif de réduire la dépendance aux énergies fossiles, de modifier la structure irrationnelle actuelle de consommation d'énergie et de rechercher de nouvelles énergies renouvelables propres et non polluantes.

À l'heure actuelle, les énergies renouvelables comprennent principalement l'énergie éolienne, l'énergie hydrogène, l'énergie solaire, l'énergie biomasse, l'énergie marémotrice et l'énergie géothermique, etc., et l'énergie éolienne et l'énergie solaire sont des sujets de recherche très actifs dans le monde entier.

Cependant, la conversion et le stockage efficaces des différentes sources d'énergie renouvelables restent relativement difficiles à mettre en œuvre, ce qui rend leur utilisation effective difficile.

Dans ce cas, afin de permettre une utilisation efficace des nouvelles énergies renouvelables par l'humanité, il est nécessaire de développer une technologie de stockage d'énergie nouvelle, pratique et efficace, qui constitue également un sujet brûlant dans la recherche sociale actuelle.

À l'heure actuelle, les batteries lithium-ion, qui comptent parmi les batteries secondaires les plus performantes, sont largement utilisées dans divers appareils électroniques, les transports, l'aérospatiale et d'autres domaines. Cependant, leurs perspectives de développement restent difficiles.

Les propriétés physico-chimiques du sodium et du lithium sont similaires, et le sodium possède des propriétés de stockage d'énergie. Grâce à son abondance, à la répartition homogène des sources de sodium et à son faible coût, il est utilisé dans les technologies de stockage d'énergie à grande échelle, qui présentent l'avantage d'un faible coût et d'une grande efficacité.

Les matériaux d'électrode positive et négative des batteries sodium-ion comprennent des composés de métaux de transition en couches, des polyanions, des phosphates de métaux de transition, des nanoparticules cœur-coquille, des composés métalliques, du carbone dur, etc.

Élément présent en abondance dans la nature, le carbone est bon marché et facile à obtenir, et il est largement reconnu comme matériau d'anode pour les batteries sodium-ion.

Selon le degré de graphitisation, les matériaux carbonés peuvent être divisés en deux catégories : le carbone graphitique et le carbone amorphe.

Le carbone dur, qui appartient au carbone amorphe, présente une capacité spécifique de stockage du sodium de 300 mAh/g, tandis que les matériaux carbonés avec un degré de graphitisation plus élevé sont difficiles à commercialiser en raison de leur grande surface et de leur forte structure.

Par conséquent, les matériaux en carbone dur non graphitique sont principalement utilisés dans la recherche pratique.

Afin d'améliorer encore les performances des matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion, l'hydrophilie et la conductivité des matériaux carbonés peuvent être améliorées par dopage ionique ou par composition, ce qui peut améliorer les performances de stockage d'énergie des matériaux carbonés.

Dans les batteries sodium-ion, les composés métalliques utilisés comme matériau d'électrode négative sont principalement des carbures et des nitrures métalliques bidimensionnels. Outre leurs excellentes propriétés, ces matériaux bidimensionnels peuvent non seulement stocker les ions sodium par adsorption et intercalation, mais aussi se combiner à ces ions pour générer une capacité par réactions chimiques, améliorant ainsi considérablement le stockage d'énergie.

En raison de leur coût élevé et de la difficulté d'obtention des composés métalliques, les matériaux carbonés restent les principaux matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion.

L'essor des composés de métaux de transition en couches fait suite à la découverte du graphène. Actuellement, les matériaux bidimensionnels utilisés dans les batteries sodium-ion comprennent principalement les composés en couches à base de sodium : NaxMO4, NaxCoO4, NaxMnO4, NaxVO4, NaxFeO4, etc.

Les matériaux d'électrode positive polyanioniques ont d'abord été utilisés dans les électrodes positives des batteries lithium-ion, puis dans les batteries sodium-ion. Parmi les matériaux représentatifs importants figurent les cristaux d'olivine tels que NaMnPO4 et NaFePO4.

Le phosphate de métal de transition était initialement utilisé comme matériau d'électrode positive dans les batteries lithium-ion. Le procédé de synthèse est relativement bien maîtrisé et il existe de nombreuses structures cristallines.

Le phosphate, en tant que structure tridimensionnelle, construit une structure de charpente qui favorise la désintercalation et l'intercalation des ions sodium, et permet ainsi d'obtenir des batteries sodium-ion aux excellentes performances de stockage d'énergie.

Le matériau à structure cœur-coquille est un nouveau type de matériau d'anode pour batteries sodium-ion apparu récemment. À partir de matériaux d'origine, ce matériau présente une structure creuse obtenue grâce à une conception structurale ingénieuse.

Les matériaux à structure cœur-coquille les plus courants comprennent des nanocubes creux de séléniure de cobalt, des nanosphères cœur-coquille de vanadate de sodium co-dopées Fe-N, des nanosphères creuses d'oxyde d'étain en carbone poreux et d'autres structures creuses.

Grâce à ses excellentes caractéristiques, associées à sa structure creuse et poreuse magique, une plus grande activité électrochimique est exposée à l'électrolyte, et en même temps, elle favorise grandement la mobilité ionique de l'électrolyte pour parvenir à un stockage d'énergie efficace.

La production mondiale d'énergies renouvelables continue de progresser, favorisant le développement des technologies de stockage d'énergie.

Actuellement, selon les différentes méthodes de stockage d'énergie, on peut distinguer le stockage d'énergie physique et le stockage d'énergie électrochimique.

Le stockage électrochimique de l'énergie répond aux normes de développement des nouvelles technologies de stockage d'énergie actuelles grâce à ses avantages que sont sa sécurité élevée, son faible coût, sa flexibilité d'utilisation et son rendement élevé.

Selon les différents processus de réaction électrochimique, les sources d'énergie de stockage électrochimique comprennent principalement les supercondensateurs, les batteries au plomb-acide, les batteries à combustible, les batteries nickel-hydrure métallique, les batteries sodium-soufre et les batteries lithium-ion.

Dans le domaine des technologies de stockage d'énergie, les matériaux d'électrodes flexibles ont suscité l'intérêt de nombreux scientifiques en raison de la diversité de leur conception, de leur flexibilité, de leur faible coût et de leurs caractéristiques de protection de l'environnement.

Les matériaux carbonés possèdent une stabilité thermochimique particulière, une bonne conductivité électrique, une résistance élevée et des propriétés mécaniques exceptionnelles, ce qui en fait des électrodes prometteuses pour les batteries lithium-ion et sodium-ion.

Les supercondensateurs peuvent être chargés et déchargés rapidement sous des courants élevés et ont une durée de vie supérieure à 100 000 cycles. Ils constituent un nouveau type de système de stockage d'énergie électrochimique, à mi-chemin entre les condensateurs et les batteries.

Les supercondensateurs présentent les caractéristiques d'une densité de puissance élevée et d'un taux de conversion d'énergie élevé, mais leur densité énergétique est faible, ils sont sujets à l'autodécharge et aux fuites d'électrolyte en cas d'utilisation inappropriée.

Bien que la pile à combustible présente l'avantage de ne pas nécessiter de recharge, d'offrir une grande capacité, une capacité spécifique élevée et une large plage de puissance spécifique, sa température de fonctionnement élevée, son coût élevé et son faible rendement de conversion énergétique limitent son utilisation commerciale à certaines catégories seulement.

Les batteries au plomb présentent l'avantage d'un faible coût, d'une technologie éprouvée et d'une grande sécurité, et sont largement utilisées dans les stations de base de signalisation, les vélos électriques, les automobiles et le stockage d'énergie sur le réseau électrique. Cependant, des inconvénients tels que la pollution environnementale les empêchent de répondre aux exigences et normes de plus en plus strictes imposées aux batteries de stockage d'énergie.

Les batteries Ni-MH présentent une grande polyvalence, un faible pouvoir calorifique, une capacité monomère élevée et des caractéristiques de décharge stables, mais leur poids est relativement important et la gestion en série des batteries pose de nombreux problèmes, ce qui peut facilement entraîner la fusion des séparateurs de chaque batterie.