I. Никел-метални хидридни батерии:
Основната роля на сплавите за-съхранение на водород на базата на титан Никел-металните хидридни (Ni-MH) батерии са едно от най-зрелите приложения на базираните на титан-материали. Техният отрицателен електрод използва сплав за съхранение на водород, а сплавите на основата на титан- са ключови суровини поради техните отлични свойства за обратима абсорбция на водород и десорбция при високи температури. Например Ti-Fe и Ti-Ni сплави, чрез образуването на интерметални съединения, могат да работят стабилно в температурен диапазон от -20 градуса до 60 градуса, а капацитетът им е два пъти по-голям от този на традиционните никел-кадмиеви батерии. Много-компонентната TiNi сплав, разработена в Япония, значително подобрява ефективността на зареждане-разреждане и живота на батерията чрез оптимизиране на пътя на дифузия на водорода.
2. Предимствата на сплавите-на базата на титан за съхранение на водород са:
1. Висок специфичен капацитет: AB-тип титан-сплави (като TiFe) имат теоретичен капацитет за съхранение на водород от 1,86 тегл.%;
2. Дълъг живот: След 1000 цикъла степента на запазване на капацитета все още надхвърля 80%;
3. Екологично: Замяна на материали,-съдържащи кадмий, елиминиране на риска от замърсяване с тежки метали. Понастоящем базираните на титан-сплави за съхранение на водород се използват широко в електрически превозни средства, преносими електронни устройства и други области, като глобалното годишно производство надхвърля 100 000 тона. II. Литиево-йонни батерии: „Революцията на безопасността“ на литиевия титанат В областта на литиево-йонните батерии литиевият титанат (Li₄Ti₅O₁₂) предизвика технологична революция като материал за отрицателни електроди. Неговата уникална шпинелна структура гарантира, че промяната на обема по време на вмъкване/извличане на литиево-йони е по-малко от 1%, решавайки проблемите с лесното пулверизиране и краткия живот на традиционните графитни отрицателни електроди. Нано-литиево-титанатният материал на Gree Titanium New Energy, чрез технология за само-кристализация на мезопорести микросфери, постига 6-минутно бързо зареждане, живот от 30 000 цикъла и стабилна производителност в широк температурен диапазон от -50 градуса до 60 градуса.
Основните предимства на литиево-титанатните батерии са:
1. Искробезопасен: Без пожар или експлозия, преминаване на строги тестове като проникване с игла и екструзия;
2. Свръх-дълъг живот: Календарен живот над 20 години, с 60% намаление на общата продължителност на живота;
3. Бързо зареждане: Запазването на капацитета достига 90% при 10C скорости на зареждане/разреждане. Тези характеристики го правят доминиращ в сценарии като регулиране на честотата на мрежата, индустриално и търговско съхранение на енергия и железопътен транспорт. Например Китай използва титаниеви батерии Gree в своите електроцентрали за съхранение на енергия от-тип пустинна мрежа, за да постигне поддръжка на инерция на ниво милисекунди-и да подобри стабилността на мрежата.
III. Слънчеви клетки:
Пробив в ефективността на материалите на-основа на титан Във фотоволтаичната област титаниевите материали са движеща сила за развитието на технология за слънчеви клетки от трето-поколение. Слънчева клетка на базата на титан-, разработена в Япония, използва композитна структура от титанов диоксид (TiO₂) и селен. Чрез оптимизиране на междуслойната адхезия, той повишава ефективността на преобразуване на енергия до 1000 пъти по-висока от тази на традиционните силициеви клетки. Тази технология преодолява тавана от 29% ефективност на традиционните силиконови -базирани клетки, а силната устойчивост на корозия на титания удължава живота на батерията до над 25 години. Иновациите на базираните на титан-слънчеви клетки включват: 1. Иновации в материалите: Изоставяне на материали на базата на-силиций и приемане на структура на хетеропреход TiO₂/селен; 2. Оптимизиране на процеса: Подобряване на междуфазното свързване чрез технология за отлагане на атомен слой (ALD); 3. Намаляване на разходите: Нов процес на извличане намалява разходите за титан с 80%, доближавайки се до цената на алуминия. Въпреки че тази технология все още е в лабораторна фаза, нейният потенциал привлече вниманието на света. Ако се постигне масово производство, отпечатъкът на една фотоволтаична електроцентрала може да бъде намален с 90%, ускорявайки популяризирането на чистата енергия.
IV. Оловни{1}}киселинни батерии:
Подобрена издръжливост на базираните на титан-решетки В областта на традиционните оловни{1}}киселинни батерии базираната на титан-мрежова технология значително подобрява живота на батерията. Решетката с оловно-титаниево покритие проявява три пъти по-голяма устойчивост на корозия в електролит със сярна киселина в сравнение с традиционните оловно-калциеви сплави, удължавайки нейния цикъл на живот до над 1500 цикъла. Освен това олекотената-дизайн, базиран на титан, намалява теглото на батерията с 20%, което я прави подходяща за екстремни среди, като дълбоко-морско изследване и-комуникации на голяма надморска височина.
Указания за подобряване на титаниеви-оловни{1}}киселинни батерии:
1. Катодна оптимизация: Използване на суб-керамични решетки от титанов оксид за потискане на сулфатирането;
2. Подобряване на електролита: Добавяне на добавки на титанатни естери за подобряване на ефективността при ниски-температури;
3. Структурна иновация: Разработване на биполярни навити батерии за увеличаване на енергийната плътност с 15%.
V. Технологични предизвикателства и бъдещи перспективи Въпреки че титанът се използва широко в материалите за батерии, той все още е изправен пред предизвикателства по отношение на разходите и процесите: 1. Разходи за материали: Цената на анодни материали от литиев титанат е 5-10 пъти по-висока от тази на графита; 2. Производствен процес: Слънчевите-базирани на титан клетки трябва да пробият широкомащабната-технология за покритие; 3. Система за рециклиране: Технологията за рециклиране на батерии, базирана на титан-, все още не е развита и трябва да се създаде индустриална верига със затворен цикъл.