福姆能源公司的電池系統（藝術圖）。圖片來源：福姆能源公司官網

空氣電池優點多多

空氣電池是新一代蓄電池，其正極材料可以吸收空氣中的氧，負極使用金屬（如鋰）等材料。放電時，金屬離子從負極向正極移動，與從空氣中吸收的氧發生反應而產生電；在充電過程中，金屬離子與氧分離并從正極移動到負極。

由于負極使用的材料主要是便宜的鐵（銹）和鋅，所以制造成本低，而正極幾乎不需要容積，這就使得電池不僅重量輕，而且鋰含量高，可以增加蓄電容量。

由于不能做得很小，空氣電池大多用在容易確保較大安裝空間的地方，如風能和太陽能等可再生能源儲電，以推進脫碳。聯合國秘書長安東尼奧·古特雷斯曾表示，為了能在21世紀中葉實現碳中和，大約到2030年太陽能和風能的存量需要增加1倍，因此，非常需要一種能更長期、更大量存儲清潔能源的技術，空氣電池被寄予厚望。

此外，空氣電池的電極材料價格便宜，制造成本有可能降到鋰離子電池的1/10以下。斯坦福大學土木與環境工程教授馬克·雅各布森指出，鋰離子電池的成本為每千瓦時100—200美元。

斯坦福大學商學院教授斯特凡·雷切爾斯坦則表示：“如果鐵可以替代鈷、鎳和鋰等昂貴的貴金屬，那么空氣電池有明顯的經濟潛力。”

多家企業競相研制

空氣電池的這些優點讓很多企業競相投入。據《日本經濟新聞》報道，今年2月，美國福姆能源公司宣布，將向佐治亞州的電力公司提供其獨立研發的由鐵和氧驅動的“鐵空氣電池”。

福姆能源公司稱，這款鐵空氣電池能儲存電力100小時以上，量產時的制造成本將不足每千瓦時20美元，不到鋰離子電池制造成本的1/10。且由于使用不能燃燒的電解質，這種電池安全性很高。美國卡內基-梅隆大學2021年8月發布的制造成本估算數據也顯示，鐵空氣電池成本約為每千瓦時25美元。

比爾·蓋茨也在自己的博客中寫道，（福姆能源）正在“創造一種新型電池，能以比鋰離子電池更低的成本長時間儲電”。

無獨有偶，日本初創公司科尼克斯系統公司也在研發一種結合氫氧燃料電池技術的新型鐵空氣電池。公司設想將材料成本降至常規成本的1/10以下，擬于2025年發售，用于可再生能源儲電領域。

加拿大初創企業鋅8能源解決方案公司則另辟蹊徑，正在研發使用鋅材料的“鋅空氣電池”。據稱，鋅空氣電池的容量往往高于鐵空氣電池，該公司的制造成本為每千瓦時45美元，不到鋰離子電池的1/4。該公司將于2022年秋季開始，在紐約市建造一個1.5兆瓦時的設施，為公寓樓供電。

據《日本經濟新聞》報道，日本FDK公司正在研發“氫空氣電池”，這種電池負極使用儲氫合金，通過讓氫與從正極吸入的氧發生反應產生電能。由于電解液不具有可燃性，電池的安全性較高。公司計劃2023年向電力公司等機構提供樣品。

此外，從重量來說，主要材料采用樹脂的“全樹脂電池”也頗具前景——日本APB公司開發的新型“鋰空氣電池”比同類鋰電池輕20%，計劃向無人潛水艇供電。

技術難題有待攻克

盡管科學家們正在研制多款空氣電池，但其要想真正“大顯身手”，仍有不少技術難題有待攻克。

首先，氧很難從氧化物團中分離出來，金屬鋰則有很高的起火和產熱風險，使用鋰的空氣電池在使用過程中負極會變形，容易引起短路。韓國三星電子集團和蔚山科學技術院為了減少電池中氧氣通過區域的老化，用有機材料代替陶瓷，由此充放電的次數從不到10次增加到了100次，雖然仍達不到鋰離子電池的4000次充放電次數，但已算不小的進步。

此外，鐵空氣電池等并不能完全代替鋰電池，因為它們太重太大，并不能用在手機、電腦和新能源汽車上。不過，科學家們表示，更輕的空氣電池的研發正在取得進展，其應用范圍也將進一步擴大。