I. Nikl-metalhydridové baterie:
Klíčová úloha titanových-slitin pro skladování vodíku Nikl-metalhydridové (Ni-MH) baterie jsou jednou z nejvyspělejších aplikací materiálů na bázi titanu-. Jejich záporná elektroda používá slitinu pro skladování vodíku a slitiny na bázi titanu-jsou klíčovými surovinami díky jejich vynikajícím vlastnostem reverzibilní absorpce a desorpce vodíku při vysokých teplotách. Například slitiny Ti{7}}Fe a Ti{8}}Ni mohou díky tvorbě intermetalických sloučenin stabilně fungovat v teplotním rozsahu -20 stupňů až 60 stupňů a jejich kapacita je dvakrát větší než u tradičních nikl{13}}kadmiových baterií. Vícesložková slitina TiNi vyvinutá v Japonsku výrazně zlepšuje účinnost nabíjení a vybíjení a životnost baterie tím, že optimalizuje cestu difúze vodíku.
2. Výhody slitin pro skladování vodíku na bázi titanu-jsou:
1. Vysoká specifická kapacita: Slitiny na bázi titanu typu AB-- (jako je TiFe) mají teoretickou kapacitu skladování vodíku 1,86 % hmotn.;
2. Dlouhá životnost: Po 1000 cyklech míra zachování kapacity stále přesahuje 80 %;
3. Šetrné k životnímu prostředí: Nahrazuje-materiály obsahující kadmium a eliminuje riziko znečištění těžkými kovy. V současné době jsou slitiny pro skladování vodíku na bázi titanu- široce používány v elektrických vozidlech, přenosných elektronických zařízeních a dalších oblastech, přičemž jejich celosvětová roční produkce přesahuje 100 000 tun. II. Lithium-iontové baterie: „Bezpečnostní revoluce“ lithium titanátu V oblasti lithium-iontových baterií spustil lithium titanát (Li₄Ti₅O₁₂) technologickou revoluci jako materiál záporné elektrody. Jeho jedinečná struktura spinelu zajišťuje, že objemová změna během vkládání/extrakce lithium-iontů je menší než 1 %, čímž řeší problémy snadného rozmělňování a krátké životnosti tradičních grafitových negativních elektrod. Nano-lithiumtitanátový materiál společnosti Gree Titanium New Energy dosahuje prostřednictvím technologie samokrystalizace mezoporézních mikrokuliček{15}}rychlého nabíjení 6 minut, životnosti 30 000 cyklů a stabilního výkonu v širokém teplotním rozsahu od -50 stupňů do 60 stupňů.
Hlavní výhody lithium-titanátových baterií jsou:
1. Jiskrově bezpečné: Žádný požár nebo výbuch, prošel přísnými testy, jako je pronikání jehlou a vytlačování;
2. Mimořádně-dlouhá životnost: Životnost kalendáře přesahující 20 let s 60% snížením celkových nákladů na životnost;
3. Výkon rychlého nabíjení: Zachování kapacity dosahuje 90 % při rychlosti nabíjení/vybíjení 10C. Tyto vlastnosti jej činí dominantním ve scénářích, jako je regulace frekvence sítě, průmyslové a komerční skladování energie a železniční doprava. Čína například používá titanové baterie Gree ve svých pouštních elektrárnách typu -akumulace energie, aby dosáhla podpory setrvačnosti na úrovni milisekundy- a zlepšila stabilitu sítě.
III. Solární články:
Průlom v účinnosti materiálů na bázi titanu-V oblasti fotovoltaiky jsou titanové materiály hnací silou vývoje technologie solárních článků třetí-generace. Solární článek na bázi titanu- vyvinutý v Japonsku využívá kompozitní strukturu oxidu titaničitého (TiO₂) a selenu. Optimalizací adheze mezi vrstvami zvyšuje účinnost přeměny energie na 1000krát vyšší než tradiční křemíkové články. Tato technologie překonává 29% strop účinnosti tradičních křemíkových článků-a silná odolnost titanu proti korozi prodlužuje životnost baterie na více než 25 let. Inovace solárních článků na bázi titanu{11}} zahrnují: 1. Inovace materiálů: Opuštění materiálů na bázi{13} křemíku a přijetí heteropřechodové struktury TiO₂/selen; 2. Optimalizace procesu: Zlepšení mezifázové vazby pomocí technologie nanášení atomové vrstvy (ALD); 3. Snížení nákladů: Nový proces extrakce snižuje náklady na titan o 80 %, čímž se blíží ceně hliníku. Přestože je tato technologie stále v laboratorním stadiu, její potenciál přitáhl celosvětovou pozornost. Pokud bude dosaženo hromadné výroby, stopa jedné fotovoltaické elektrárny se může snížit o 90 %, což urychlí popularizaci čisté energie.
IV. Olověné-kyselinové baterie:
Vylepšená životnost mřížek na bázi titanu- V oblasti tradičních olověných-kyselinových baterií technologie mřížky na bázi titanu- výrazně prodlužuje životnost baterie. Olověná-titanem pokovená mřížka vykazuje trojnásobnou odolnost vůči korozi v elektrolytu kyseliny sírové ve srovnání s tradičními slitinami olova-vápník, čímž se prodlužuje její životnost na více než 1500 cyklů. Lehký titanový-design navíc snižuje hmotnost baterie o 20 %, takže je vhodný do extrémních prostředí, jako je hlubinný{10}}průzkum moře a komunikace ve velkých{11}}nadmořských výškách.
Pokyny k vylepšení pro titanové -olověné-kyselinové baterie:
1. Optimalizace katody: Použití sub-keramických mřížek z oxidu titaničitého k potlačení sulfatace;
2. Zlepšení elektrolytu: Přidání aditiv esterů titaničitanu pro zlepšení výkonu při nízkých-teplotách;
3. Strukturální inovace: Vývoj bipolárních vinutých baterií pro zvýšení hustoty energie o 15 %.
V. Technologické výzvy a vyhlídky do budoucna Přestože je titan široce používán v bateriových materiálech, stále čelí výzvám, pokud jde o náklady a procesy: 1. Materiálové náklady: Cena lithiových anodových materiálů je 5-10krát vyšší než u grafitu; 2. Výrobní proces: Solární články na bázi titanu-musí prolomit-technologii povrchové úpravy ve velkém měřítku; 3. Systém recyklace: Technologie recyklace baterií-založené na titanu ještě není zralá a je třeba vytvořit uzavřený průmyslový řetězec.