I. بطاريات النيكل-ميتال هيدريد:
الدور الأساسي لسبائك تخزين الهيدروجين-التي تعتمد على التيتانيوم، وبطاريات النيكل-معدن هيدريد (Ni-MH) هي واحدة من أكثر التطبيقات نضجًا للمواد المعتمدة على التيتانيوم-. يستخدم القطب السالب سبيكة لتخزين الهيدروجين، والسبائك المعتمدة على التيتانيوم- هي مواد خام رئيسية نظرًا لامتصاصها الممتاز للهيدروجين القابل للعكس وخصائص الامتزاز عند درجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، يمكن لسبائك Ti-Fe وTi-Ni، من خلال تكوين مركبات بين الفلزات، أن تعمل بثبات في نطاق درجة حرارة يتراوح من -20 درجة إلى 60 درجة، وتبلغ سعتها ضعف بطاريات النيكل-الكادميوم التقليدية. تعمل سبيكة TiNi المتعددة المكونات التي تم تطويرها في اليابان على تحسين كفاءة الشحن والتفريغ ودورة عمر البطارية بشكل كبير من خلال تحسين مسار نشر الهيدروجين.
2.مزايا سبائك تخزين الهيدروجين المعتمدة على التيتانيوم- هي:
1. قدرة نوعية عالية: تتمتع السبائك المعتمدة على التيتانيوم من النوع AB-من النوع AB- (مثل TiFe) بقدرة تخزين هيدروجين نظرية تبلغ 1.86% بالوزن؛
2. عمر طويل: بعد 1000 دورة، معدل الاحتفاظ بالقدرة لا يزال يتجاوز 80%؛
3. صديق للبيئة: استبدال المواد التي تحتوي على الكادميوم-، مما يؤدي إلى التخلص من خطر التلوث بالمعادن الثقيلة. في الوقت الحالي، تُستخدم سبائك تخزين الهيدروجين المعتمدة على التيتانيوم- على نطاق واسع في السيارات الكهربائية، والأجهزة الإلكترونية المحمولة، وغيرها من المجالات، حيث يتجاوز الإنتاج السنوي العالمي 100000 طن. ثانيا. بطاريات أيون الليثيوم-: "ثورة السلامة" من تيتانات الليثيوم في مجال بطاريات أيون الليثيوم-، أحدثت تيتانات الليثيوم (Li₄Ti₅O₁₂) ثورة تكنولوجية باعتبارها مادة قطب كهربائي سالب. ويضمن هيكل الإسبنيل الفريد أن يكون تغير الحجم أثناء إدخال/استخلاص أيون الليثيوم- أقل من 1%، مما يحل مشكلات السحق السهل والعمر القصير لأقطاب الجرافيت السالبة التقليدية. تحقق مادة تيتانات الليثيوم - النانوية من Gree Titanium New Energy، من خلال تقنية التبلور الذاتي للغلاف الميكروي -، شحنًا سريعًا لمدة 6 دقائق، وعمر دورة يصل إلى 30,000 دورة، وأداء مستقر في نطاق درجة حرارة واسع يتراوح من -50 درجة إلى 60 درجة.
المزايا الأساسية لبطاريات تيتانات الليثيوم هي:
1. آمن جوهريًا: لا يوجد حريق أو انفجار، ويجتاز اختبارات صارمة مثل اختراق الإبرة والبثق؛
2. عمر افتراضي طويل جدًا-: عمر التقويم يتجاوز 20 عامًا، مع انخفاض بنسبة 60% في إجمالي تكلفة العمر الافتراضي؛
3. أداء الشحن السريع: يصل الاحتفاظ بالسعة إلى 90% بمعدلات شحن/تفريغ تصل إلى 10 درجات مئوية. هذه الخصائص تجعلها مهيمنة في سيناريوهات مثل تنظيم تردد الشبكة، وتخزين الطاقة الصناعية والتجارية، والنقل بالسكك الحديدية. على سبيل المثال، تستخدم الصين بطاريات Gree تيتانيوم في محطات توليد الطاقة من النوع الصحراوي لتخزين الطاقة- لتحقيق دعم القصور الذاتي بمستوى المللي ثانية- وتحسين استقرار الشبكة.
ثالثا. الخلايا الشمسية:
اختراق في كفاءة المواد المعتمدة على التيتانيوم-في مجال الطاقة الكهروضوئية، تقود مواد التيتانيوم عملية تطوير تكنولوجيا الخلايا الشمسية من الجيل الثالث-. تستخدم الخلية الشمسية القائمة على التيتانيوم- والتي تم تطويرها في اليابان بنية مركبة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) والسيلينيوم. ومن خلال تحسين التصاق الطبقات البينية، فإنه يزيد من كفاءة تحويل الطاقة إلى 1000 مرة مقارنة بخلايا السيليكون التقليدية. تخترق هذه التقنية سقف الكفاءة بنسبة 29% للخلايا التقليدية القائمة على السيليكون-، كما تعمل مقاومة التيتانيوم القوية للتآكل على إطالة عمر البطارية إلى ما يزيد عن 25 عامًا. تتضمن ابتكارات الخلايا الشمسية-المعتمدة على التيتانيوم ما يلي: 1. ابتكار المواد: التخلي عن المواد المعتمدة على السيليكون-واعتماد بنية الوصل المتغاير TiO2/السيلينيوم؛ 2. تحسين العملية: تعزيز الترابط السطحي من خلال تقنية ترسيب الطبقة الذرية (ALD)؛ 3. خفض التكلفة: عملية استخلاص جديدة تقلل من تكاليف التيتانيوم بنسبة 80%، مما يقترب من سعر الألومنيوم. وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا لا تزال في مرحلة المختبر، إلا أن إمكاناتها جذبت الاهتمام العالمي. وإذا تم تحقيق الإنتاج الضخم، فمن الممكن تقليل أثر محطة الطاقة الكهروضوئية الواحدة بنسبة 90%، مما يسرع من تعميم الطاقة النظيفة.
رابعا. بطاريات الرصاص-الحمضية:
تحسين متانة الشبكات المعتمدة على التيتانيوم-في مجال بطاريات الرصاص الحمضية- التقليدية، تعمل تقنية الشبكة القائمة على التيتانيوم- على تحسين عمر البطارية بشكل كبير. تعرض الشبكة المطلية بالتيتانيوم الرصاص- ثلاثة أضعاف مقاومة التآكل في إلكتروليت حمض الكبريتيك مقارنة بسبائك الكالسيوم التقليدية -من الرصاص، مما يزيد من عمر الدورة إلى أكثر من 1500 دورة. علاوة على ذلك، فإن التصميم خفيف الوزن المعتمد على التيتانيوم- يقلل من وزن البطارية بنسبة 20%، مما يجعلها مناسبة للبيئات القاسية مثل استكشاف أعماق البحار-والاتصالات على ارتفاعات عالية-.
اتجاهات التحسين للبطاريات الحمضية-التي تعتمد على الرصاص-والتيتانيوم:
1. تحسين الكاثود: استخدام شبكات سيراميك أكسيد التيتانيوم الفرعية - لقمع الكبريت؛
2. تحسين الإلكتروليت: إضافة إضافات تيتانات استر لتحسين أداء درجات الحرارة المنخفضة؛
3. الابتكار الهيكلي: تطوير بطاريات الجروح ثنائية القطب لزيادة كثافة الطاقة بنسبة 15%.
V. التحديات التكنولوجية والآفاق المستقبلية على الرغم من استخدام التيتانيوم على نطاق واسع في مواد البطاريات، إلا أنه لا يزال يواجه تحديات من حيث التكلفة والعمليات: 1. تكلفة المواد: سعر مواد أنود تيتانات الليثيوم هو 5-10 أضعاف سعر الجرافيت؛ 2. عملية التصنيع: تحتاج الخلايا الشمسية المعتمدة على التيتانيوم- إلى اختراق تكنولوجيا الطلاء واسعة النطاق؛ 3. نظام إعادة التدوير: تقنية إعادة تدوير البطاريات المعتمدة على التيتانيوم-لم تصل بعد إلى مرحلة النضج، ويجب إنشاء سلسلة صناعية ذات حلقة مغلقة.