I. Nikal-metal-hidridne baterije:
Osnovna uloga legura za pohranu-vodika na bazi titana Nik-metal-hidridne (Ni-MH) baterije jedna su od najzrelijih primjena materijala-na bazi titana. Njihova negativna elektroda koristi leguru za skladištenje vodika, a legure na bazi-titana ključne su sirovine zbog izvrsne reverzibilne apsorpcije vodika i svojstava desorpcije na visokim temperaturama. Na primjer, legure Ti-Fe i Ti-Ni, stvaranjem intermetalnih spojeva, mogu stabilno raditi u temperaturnom rasponu od -20 stupnjeva do 60 stupnjeva, a njihov kapacitet dvostruko je veći od tradicionalnih nikal-kadmijevih baterija. Više-komponentna legura TiNi razvijena u Japanu značajno poboljšava učinkovitost punjenja i pražnjenja i vijek trajanja baterije optimiziranjem putanje difuzije vodika.
2. Prednosti legura vodika na bazi-titana su:
1. Visoki specifični kapacitet: AB{1}}legure na bazi-titana (kao što je TiFe) imaju teoretski kapacitet skladištenja vodika od 1,86 wt%;
2. Dugi životni vijek: Nakon 1000 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta još uvijek prelazi 80%;
3. Ekološki prihvatljiv: Zamjena materijala koji-sadrže kadmij, eliminirajući rizik od onečišćenja teškim metalima. Trenutačno se legure za pohranu vodika-na bazi titana naširoko koriste u električnim vozilima, prijenosnim elektroničkim uređajima i drugim poljima, s globalnom godišnjom proizvodnjom većom od 100 000 tona. II. Litij-ionske baterije: "Sigurnosna revolucija" litij-ionskih baterija, litij-ionskih baterija (Li₄Ti₅O₁₂) pokrenuo je tehnološku revoluciju kao materijal negativne elektrode. Njegova jedinstvena struktura spinela osigurava da je promjena volumena tijekom umetanja/vađenja litij-iona manja od 1%, rješavajući probleme lakog usitnjavanja i kratkog vijeka trajanja tradicionalnih grafitnih negativnih elektroda. Materijal nano-litij titanat tvrtke Gree Titanium New Energy, kroz tehnologiju samo-kristalizacije mezoporozne mikrosfere, postiže 6-minutno brzo punjenje, životni vijek od 30 000 ciklusa i stabilne performanse unutar širokog temperaturnog raspona od -50 stupnjeva do 60 stupnjeva.
Osnovne prednosti litij-titanatnih baterija su:
1. Unutarnja sigurnost: Bez požara ili eksplozije, prolazeći rigorozne testove kao što su probijanje iglom i ekstruzija;
2. Ultra-dugi životni vijek: životni vijek kalendara preko 20 godina, sa 60% smanjenjem ukupnog životnog vijeka;
3. Izvedba brzog punjenja: zadržavanje kapaciteta doseže 90% pri stopama punjenja/pražnjenja od 10C. Ove karakteristike čine ga dominantnim u scenarijima kao što su regulacija frekvencije mreže, industrijsko i komercijalno skladištenje energije i željeznički prijevoz. Na primjer, Kina koristi titanijske baterije Gree u svojim elektranama za pohranu energije-tipa pustinjske mreže kako bi postigla potporu inercije na razini milisekundi-i poboljšala stabilnost mreže.
III. Solarne ćelije:
Proboj u učinkovitosti materijala na bazi-titana U fotonaponskom polju titanijski materijali pokreću razvoj tehnologije solarnih ćelija-treće generacije. Solarna ćelija-na bazi titana razvijena u Japanu koristi kompozitnu strukturu titanijevog dioksida (TiO₂) i selena. Optimiziranjem međuslojne adhezije, povećava učinkovitost pretvorbe energije do 1000 puta u odnosu na tradicionalne silikonske ćelije. Ova tehnologija probija gornju granicu učinkovitosti od 29% tradicionalnih ćelija temeljenih na siliciju-, a jaka otpornost na koroziju titana produljuje vijek trajanja baterije na više od 25 godina. Inovacije solarnih ćelija-na bazi titana uključuju: 1. Inovacije materijala: napuštanje materijala-na bazi silicija i usvajanje strukture heterospojnice TiO₂/selen; 2. Optimizacija procesa: Poboljšanje međufaznog povezivanja pomoću tehnologije taloženja atomskog sloja (ALD); 3. Smanjenje troškova: Novi proces ekstrakcije smanjuje troškove titana za 80%, približavajući se cijeni aluminija. Iako je ova tehnologija još uvijek u laboratorijskoj fazi, njen potencijal privukao je globalnu pozornost. Ako se postigne masovna proizvodnja, otisak jedne fotonaponske elektrane može se smanjiti za 90%, ubrzavajući popularizaciju čiste energije.
IV. Olovne-kiselinske baterije:
Poboljšana izdržljivost mreža-na bazi titana U području tradicionalnih olovnih-kiselih baterija, mrežna tehnologija-na bazi titana značajno produljuje vijek trajanja baterije. Rešetka obložena olovom-titanijem pokazuje tri puta veću otpornost na koroziju u elektrolitu sumporne kiseline u usporedbi s tradicionalnim legurama-kalcija, produžujući njezin životni vijek na više od 1500 ciklusa. Nadalje, lagani dizajn-temeljen na titanu smanjuje težinu baterije za 20%, što je čini prikladnom za ekstremna okruženja poput-istraživanja dubokog mora i-komunikacija na velikim{11}}nadmorskim visinama.
Upute za poboljšanje olovnih-kiselinskih baterija-na bazi titana:
1. Optimizacija katode: Korištenje sub-keramičkih rešetki od titan oksida za suzbijanje sulfatizacije;
2. Poboljšanje elektrolita: Dodavanje aditiva estera titanata za poboljšanje performansi pri niskim-temperaturama;
3. Strukturna inovacija: Razvoj bipolarnih baterija za povećanje gustoće energije za 15%.
V. Tehnološki izazovi i budući izgledi Iako se titan naširoko koristi u materijalima za baterije, još uvijek se suočava s izazovima u smislu troškova i procesa: 1. Troškovi materijala: Cijena anodnog materijala litij-titanata je 5-10 puta veća od grafita; 2. Proizvodni proces: solarne ćelije-na bazi titana moraju se probiti kroz-tehnologiju premazivanja velikih razmjera; 3. Sustav recikliranja: Tehnologija recikliranja baterija-temeljena na titanu još nije zrela i potrebno je uspostaviti industrijski lanac zatvorene petlje.