I. Nikl{1}}metal-hidridne baterije:
Osnovna uloga legura za pohranu vodonika na bazi titanijuma-metal hidrid (Ni-MH) baterija su jedna od najzrelijih primjena materijala na bazi titanijuma-. Njihova negativna elektroda koristi leguru za skladištenje vodonika, a legure na bazi titana- su ključne sirovine zbog svojih odličnih reverzibilnih svojstava apsorpcije i desorpcije vodonika na visokim temperaturama. Na primjer, legure Ti-Fe i Ti-Ni, putem formiranja intermetalnih jedinjenja, mogu stabilno raditi u temperaturnom rasponu od -20 stepeni do 60 stepeni, a njihov kapacitet je dvostruko veći od tradicionalnih nikl-kadmijum baterija. Više-komponentna legura TiNi razvijena u Japanu značajno poboljšava efikasnost punjenja i pražnjenja i životni vijek baterije optimizirajući put difuzije vodonika.
2. Prednosti legura za skladištenje vodonika na bazi titana-su:
1. Visok specifični kapacitet: legure na bazi titana AB-tip- (kao što je TiFe) imaju teoretski kapacitet skladištenja vodonika od 1,86 tež.%;
2. Dug životni vek: nakon 1000 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta i dalje prelazi 80%;
3. Ekološki prihvatljivi: Zamjena materijala koji sadrže kadmijum-, eliminišući rizik od zagađenja teškim metalima. Trenutno se legure za skladištenje vodonika na bazi titanijuma{3}} široko koriste u električnim vozilima, prijenosnim elektronskim uređajima i drugim poljima, s globalnom godišnjom proizvodnjom koja prelazi 100.000 tona. II. Litijum{8}}ionske baterije: „Sigurnosna revolucija“ litijum-titanata Na polju litijum{9}}jonskih baterija, litijum-titanat (Li₄Ti₅O₁₂) je pokrenuo tehnološku revoluciju kao materijal negativne elektrode. Njegova jedinstvena struktura spinela osigurava da je promjena zapremine tokom umetanja/ekstrakcije litijum{11}}jona manja od 1%, rješavajući probleme lakog usitnjavanja i kratkog vijeka trajanja tradicionalnih grafitnih negativnih elektroda. Gree Titanium New Energy nano-litijum titanat materijal, kroz tehnologiju samokristalizacije mezoporozne mikrosfere, postiže brzo punjenje od 6 minuta, životni vek od 30.000 ciklusa i stabilne performanse u širokom temperaturnom opsegu od -50 stepeni do 60 stepeni.
Osnovne prednosti litijum-titanatnih baterija su:
1. Samosigurno: Bez požara ili eksplozije, prolazeći rigorozne testove kao što su prodiranje igle i ekstruzija;
2. Ultra-dug životni vijek: vijek trajanja kalendara prelazi 20 godina, uz smanjenje ukupne cijene životnog vijeka za 60%;
3. Brze performanse punjenja: Zadržavanje kapaciteta dostiže 90% pri brzini punjenja/pražnjenja od 10C. Ove karakteristike ga čine dominantnim u scenarijima kao što su regulacija frekvencije mreže, industrijsko i komercijalno skladištenje energije i željeznički transport. Na primjer, Kina koristi Gree titanijumske baterije u svojim pustinjskim elektranama za pohranu energije -tipa za pohranu energije kako bi postigla inercijsku podršku-nivoa milisekundi i poboljšala stabilnost mreže.
III. solarne ćelije:
Proboj u efikasnosti materijala na bazi titanijuma-U fotonaponskom polju, titanijumski materijali pokreću razvoj tehnologije treće{1}}generacije solarnih ćelija. Solarna ćelija na bazi titana- razvijena u Japanu koristi kompozitnu strukturu titanijum dioksida (TiO₂) i selena. Optimiziranjem međuslojne adhezije, povećava efikasnost konverzije energije do 1000 puta veću od tradicionalnih silikonskih ćelija. Ova tehnologija probija gornju granicu efikasnosti od 29% tradicionalnih ćelija na bazi silikona{8}}a, a snažna otpornost na koroziju titanijuma produžava vijek trajanja baterije na preko 25 godina. Inovacije solarnih ćelija zasnovanih na titanijumu{11}}uključuju: 1. Inovaciju materijala: napuštanje materijala na bazi silicijuma{13}} i usvajanje strukture heterospojnice TiO₂/selen; 2. Optimizacija procesa: Poboljšanje međufaznog povezivanja kroz tehnologiju atomskog slojnog taloženja (ALD); 3. Smanjenje troškova: Novi proces ekstrakcije smanjuje troškove titanijuma za 80%, približavajući se ceni aluminijuma. Iako je ova tehnologija još uvijek u laboratorijskoj fazi, njen potencijal je privukao globalnu pažnju. Ako se postigne masovna proizvodnja, otisak jedne fotonaponske elektrane može se smanjiti za 90%, ubrzavajući popularizaciju čiste energije.
IV. Olovne{1}}kiselinske baterije:
Poboljšana izdržljivost mreža zasnovanih na titanijumu-U polju tradicionalnih olovnih{1}}kiselinskih baterija, tehnologija mreže na bazi titana-značajno poboljšava vijek trajanja baterije. Rešetka sa olovom-titanijumom pokazuje tri puta veću otpornost na koroziju u elektrolitu sumporne kiseline u poređenju sa tradicionalnim legurama olova{5}}kalcijuma, produžavajući svoj vijek trajanja na preko 1500 ciklusa. Nadalje, lagani dizajn zasnovan na titanijumu-smanjuje težinu baterije za 20%, što ga čini pogodnim za ekstremna okruženja kao što su-istraživanje dubokog mora i-komunikacije na velikim visinama.
Upute za poboljšanje olovnih-baterija na bazi titana:
1. Optimizacija katode: Korištenje keramičkih rešetki od sub-titan oksida za suzbijanje sulfatiranja;
2. Poboljšanje elektrolita: Dodavanje aditiva titanatnog estera radi poboljšanja performansi na niskim{1}}ima;
3. Strukturne inovacije: Razvoj bipolarnih baterija za ranu za povećanje gustine energije za 15%.
V. Tehnološki izazovi i budući izgledi Iako se titanijum široko koristi u materijalima za baterije, on se i dalje suočava sa izazovima u pogledu troškova i procesa: 1. Cena materijala: cena litijum-titanatnih anodnih materijala je 5-10 puta veća od grafita; 2. Proizvodni proces: solarne ćelije na bazi titana-trebaju probiti veliku-tehnologiju premaza; 3. Sistem reciklaže: tehnologija recikliranja baterija zasnovana na titanijumu- još nije sazrela i potrebno je uspostaviti industrijski lanac zatvorene petlje.