I. Нікель-металогідридні батареї:
Основна роль сплавів для зберігання водню-на основі титану Нікель-металгідридні (Ni-MH) батареї є одним із найбільш зрілих застосувань матеріалів на основі-титану. Їх негативний електрод використовує сплав для накопичення водню, а сплави на основі титану- є основною сировиною завдяки своїм чудовим оборотним властивостям поглинання та десорбції водню за високих температур. Наприклад, сплави Ti-Fe та Ti-Ni завдяки утворенню інтерметалічних сполук можуть стабільно працювати в діапазоні температур від -20 градусів до 60 градусів, а їхня ємність удвічі більша, ніж у традиційних нікель-кадмієвих акумуляторів. Багато-компонентний сплав TiNi, розроблений у Японії, значно покращує ефективність заряду й розряду та циклічний термін служби акумулятора шляхом оптимізації шляху дифузії водню.
2. Перевагами сплавів для накопичення водню на основі титану є:
1. Висока питома ємність: сплави типу AB-на основі-титану (такі як TiFe) мають теоретичну ємність накопичення водню 1,86 мас.%;
2. Довгий термін служби: після 1000 циклів рівень збереження ємності все ще перевищує 80%;
3. Екологічність: заміна матеріалів,-що містять кадмій, усунення ризику забруднення важкими металами. Наразі сплави для накопичення водню на основі титану широко використовуються в електромобілях, портативних електронних пристроях та інших галузях із глобальним річним виробництвом понад 100 000 тонн. II. Літій-іонні батареї: «Революція безпеки» титанату літію У сфері літій-іонних батарей титанат літію (Li₄Ti₅O₁₂) спровокував технологічну революцію як матеріал негативного електрода. Його унікальна шпінелева структура гарантує, що зміна об’єму під час введення/вилучення-іонів літію становить менше 1%, вирішуючи проблеми легкого подрібнення та короткого терміну служби традиційних графітових негативних електродів. Нано-літій-титанатний матеріал Gree Titanium New Energy завдяки технології само-кристалізації мезопористої мікросфери забезпечує 6-хвилинне швидке заряджання, 30 000 циклів життя та стабільну роботу в широкому діапазоні температур від -50 градусів до 60 градусів.
Основні переваги літій-титанатних батарей:
1. Іскробезпечний: відсутність пожежі та вибуху, проходження суворих тестів, таких як проникнення голкою та екструзія;
2. Над-довгий термін служби: термін служби календаря перевищує 20 років із зниженням загальної вартості на 60%;
3. Швидке заряджання: збереження ємності досягає 90% при швидкості заряду/розряду 10C. Ці характеристики роблять його домінуючим у сценаріях, таких як регулювання частоти мережі, промислове та комерційне зберігання енергії та залізничний транспорт. Наприклад, Китай використовує титанові батареї Gree у своїх електростанціях акумулювання енергії-мережі в пустелі, щоб досягти мілісекундного-рівня підтримки інерції та покращити стабільність мережі.
III. Сонячні елементи:
Прорив у ефективності матеріалів на основі-титану У фотоелектричній галузі титанові матеріали сприяють розвитку технології сонячних елементів третього{1}}покоління. Сонячна батарея на основі титану, розроблена в Японії, використовує композитну структуру діоксиду титану (TiO₂) і селену. Завдяки оптимізації адгезії між шарами він підвищує ефективність перетворення енергії в 1000 разів, ніж традиційні кремнієві елементи. Ця технологія долає 29% ефективність традиційних кремнієвих-елементів, а стійкість титану до корозії подовжує термін служби батареї до понад 25 років. Інновації сонячних елементів на основі-титану включають: 1. Інноваційні матеріали: відмова від матеріалів на основі-кремнію та прийняття структури гетеропереходу TiO₂/селену; 2. Оптимізація процесу: покращення міжфазного зв’язку за допомогою технології атомарного шарового осадження (ALD); 3. Зменшення витрат: новий процес видобутку знижує витрати на титан на 80%, наближаючись до ціни алюмінію. Хоча ця технологія все ще знаходиться на лабораторній стадії, її потенціал привернув увагу всього світу. Якщо буде досягнуто масового виробництва, площа однієї фотоелектричної електростанції може бути зменшена на 90%, що прискорить популяризацію чистої енергії.
IV. Свинцеві-кислотні батареї:
Підвищена довговічність сіток на основі титану У традиційних свинцево-{1}}кислотних акумуляторах технологія сітки на основі титану- значно подовжує термін служби батареї. Решітка зі свинцевим-титановим покриттям демонструє втричі більшу стійкість до корозії в електроліті сірчаної кислоти порівняно з традиційними свинцево-кальцієвими сплавами, подовжуючи термін служби до понад 1500 циклів. Крім того, легка конструкція на основі титану-зменшує вагу батареї на 20%, що робить її придатною для екстремальних умов, таких як глибоководні-дослідження та-висотний зв’язок.
Вказівки щодо вдосконалення свинцево-кислотних-батарей на основі титану:
1. Оптимізація катода: використання суб-керамічних сіток із оксиду титану для придушення сульфату;
2. Покращення електроліту: додавання добавок ефіру титанату для покращення низько-температурних характеристик;
3. Структурні інновації: розробка біполярних батарей для збільшення щільності енергії на 15%.
V. Технологічні виклики та майбутні перспективи Хоча титан широко використовується в матеріалах для акумуляторів, він все ще стикається з проблемами з точки зору вартості та процесів: 1. Вартість матеріалу: ціна анодних матеріалів з титанату літію в 5-10 разів вища за графіт; 2. Виробничий процес: сонячні елементи-на основі титану потребують упровадження широкомасштабної-технології покриття; 3. Система переробки: технологія переробки акумуляторів на основі титану ще не є зрілою, тому потрібно створити замкнутий промисловий ланцюг.