2月，兩則有關(guān)“金屬空氣電池”的消息引發(fā)關(guān)注，其一是首批鐵—空氣電池有望年內(nèi)在美國生產(chǎn)，其二是日本計劃2025年啟動鋅—空氣電池試點生產(chǎn)。這似乎意味著，以鐵—空氣電池、鋅一空氣電池為代表的金屬空氣電池技術(shù)，正在從研發(fā)示范邁向商業(yè)初期階段。業(yè)界認(rèn)為，廉價且豐富的金屬材料讓金屬空氣電池較鋰離子電池具備更多顯著優(yōu)勢，尤其是在長時儲能領(lǐng)域。

金屬空氣電池走出研發(fā)低谷

相較于傳統(tǒng)離子電池，金屬空氣電池具有很高的理論能量密度，而且成本更低。美國麻省理工學(xué)院指出，金屬空氣電池的能量密度理論上可以比鋰離子電池高出數(shù)倍，根據(jù)類型不同，金屬空氣電池的制造成本或可降低至鋰離子電池的10%甚至更低。

市場咨詢公司Market Research預(yù)計，到2028年，全球金屬空氣電池市場價值將從2021年的4.66億美元增長至11.73億美元。

據(jù)日經(jīng)新聞網(wǎng)報道，日本夏普公司目前正在推進(jìn)鋅—空氣電池研發(fā)，計劃在2025年啟動試點生產(chǎn)項目。夏普公司表示，鋅—空氣電池可以實現(xiàn)與鋰離子電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏?，但壽命卻比后者多一倍，這意味著相同重量或體積下，鋅—空氣電池可以存儲更多能量。

鋅此前被用作堿性干電池等一次性電池的負(fù)極材料，但幾乎無法用于可反復(fù)充放電的充電電池，原因是鋅材料如果反復(fù)充放電，電極部分會析出針狀結(jié)晶，引起短路。夏普公司的研發(fā)方向是將充電單元和放電單元分離，即使電極部分產(chǎn)生針狀結(jié)晶，也不易發(fā)生短路。

夏普公司表示，一方面，鋅是儲量和產(chǎn)量都很高的基礎(chǔ)金屬之一，冶煉也很容易，可以降低原材料的采購成本；另一方面，鋅—空氣電池在放電過程中產(chǎn)生的廢棄物較少，環(huán)境負(fù)擔(dān)較小，而且整個充放電過程產(chǎn)生的熱量相較于鋰離子電池較少，不易發(fā)生熱失控現(xiàn)象，更安全。

首批鐵—空氣電池或今年問世

同一時間，美國技術(shù)初創(chuàng)公司Form Energy宣布，近日完成有關(guān)鐵—空氣電池技術(shù)最新研究，有望今年內(nèi)出產(chǎn)首批電池生產(chǎn)。Form Energy公司創(chuàng)始團(tuán)隊來自麻省理工學(xué)院，他們找到了一種利用水基電解質(zhì)逆轉(zhuǎn)腐蝕過程的充放電方法。將薄板陰極和由鐵粉制成的陽極與網(wǎng)固定在一起，中間是水基電解質(zhì)，放電時，電池“吸入”空氣中的氧氣，與水基電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，將鐵轉(zhuǎn)成鐵銹；充電時，施加電流將鐵銹重新轉(zhuǎn)換成鐵，電池隨之“呼出”氧氣。

據(jù)了解，F(xiàn)orm Energy公司將投資7.6億美元在西弗吉尼亞州建造一座新的鐵—空氣電池制造工廠，該地區(qū)是美國最重要的鋼鐵重鎮(zhèn)之一，可以幫助該公司獲得制造電池所需的鐵。這是Form Energy公司的第5座工廠。油價網(wǎng)報道稱，美國埃克西爾能源公司是Form Energy公司的主要客戶之一，已經(jīng)訂購了兩個10兆瓦系統(tǒng)，預(yù)計2025年啟動試點項目。

基于這一方法，F(xiàn)orm Energy公司的鐵—空氣電池成本僅為鋰離子電池的10%，但可滿足100小時儲能需求。

事實上，相較于鋰、鈷等更昂貴的金屬材料，鐵的可用性和低成本顯然更具吸引力。此外，鐵對環(huán)境的影響要小得多，因此，向鐵—空氣電池技術(shù)轉(zhuǎn)變代表了一種更可持續(xù)的儲能方案。

為長時儲能技術(shù)提供更多選擇

目前，儲能領(lǐng)域主要是鋰離子電池為主導(dǎo)，但考慮到鋰離子電池的局限性，加之近年來出現(xiàn)的供應(yīng)鏈危機(jī)，尋求更穩(wěn)定、性價比更高的電池技術(shù)已成為大勢所趨。

《自然》雜志指出，鐵—空氣電池的特性令其并不適合電動汽車。一方面是因為鐵比鋰更重，另一方面是其充電效率和充電時間緩慢，無法實現(xiàn)快速充電。但這樣的特性卻反而非常適合電網(wǎng)級儲能，尤其是長時儲能方面表現(xiàn)出色。

在Form Energy公司看來，鐵—空氣電池就是為固定電網(wǎng)存儲而設(shè)計的，尤其面對“風(fēng)光”等間歇性可再生能源，該技術(shù)能夠儲存數(shù)天甚至數(shù)周時間的能量，這使其成為平衡電網(wǎng)運行的好幫手。不過，由于放電速度較慢，鐵—空氣電池還需要與其他儲能技術(shù)配合處理用電需求高峰。

據(jù)麥肯錫和長期儲能協(xié)會聯(lián)合預(yù)測，到2040年，全球有望部署1.5太瓦時至2.5太瓦時的長時儲能容量，屆時整體儲能容量將達(dá)到85太瓦時至140太瓦時；到2040年，長時儲能部署每年可幫助減少1.5億噸至2.3億噸二氧化碳排放，這約是當(dāng)前電力部門排放總量的10%至15%。

麥肯錫表示，長時儲能在實現(xiàn)能源系統(tǒng)靈活性方面可以發(fā)揮核心作用。當(dāng)前，探索和投資替代電池技術(shù)拓展的行業(yè)趨勢越發(fā)明顯，方案和設(shè)計的多樣性則會進(jìn)一步豐富研發(fā)方向，為創(chuàng)新長時儲能技術(shù)進(jìn)步鋪平道路。