鐵-空氣電池是什么電池？

宣布在鐵-空氣電池領(lǐng)域取得重大突破的是一家名為Form Energy的電池初創(chuàng)企業(yè)，據(jù)悉成立短短十年的Form Energy便得到了貝索斯、比爾蓋茨等人的支持，至今已完成共計(jì)3.25億美元融資。而在籌集了數(shù)億美元并對(duì)十年的研究進(jìn)行了改進(jìn)之后，F(xiàn)orm Energy在近期終于向世界贈(zèng)送了一個(gè)能源技術(shù)的圣杯。

Form Energy公司公布的鐵-空氣電池的部分魅力在于它的簡(jiǎn)單性，只有兩種常見(jiàn)的主要成分——

鐵和空氣，因此被稱(chēng)為鐵-空氣電池。雖然鐵的提取也會(huì)導(dǎo)致空氣和水的污染，但鐵-空氣電池可以的完成充電放電周期可以長(zhǎng)10000次，而鋰的循環(huán)次數(shù)只有3000次（這相當(dāng)于鐵-空氣電池可以使用30年，而鋰只有10年）。鐵在地殼中的含量也更多，使它的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電池與其他金屬空氣電池所需的各種元素，其每個(gè)電池在每干瓦時(shí)的存儲(chǔ)中只需花費(fèi)價(jià)值6美元的材料，并且完全成型的電池系統(tǒng)的成本將低于每千瓦時(shí)20美元，使其總體上比鋰離子電池便宜得多，F(xiàn)orm Energy公司對(duì)其電池的最新評(píng)估認(rèn)為其成本低至鋰單元Q的十分之一。

但這還不是他們最令人興奮的地方，F(xiàn)orm Energy公司的創(chuàng)新在于其推出的鐵-空氣電池是一種固體電解質(zhì)的靜態(tài)電池，而不是使用電解液的液流電池，具有不可燃、耐高溫、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)的特性，同時(shí)能量密度也更有優(yōu)勢(shì)，鉆酸鋰的電解質(zhì)溶液充電到4.45V，三元材料可以充電到4.35V便會(huì)被氧化，而固體電解質(zhì)可達(dá)到5V，有利于提升電池系統(tǒng)的能量密度。

鐵-空氣電池是一個(gè)可充電150小時(shí)的系統(tǒng)，這意味著它們可以為電網(wǎng)提供超過(guò)6天的電力。我們的社會(huì)將最終擁有一個(gè)安全的、全可再生的電網(wǎng)，使我們能夠完全脫離化石燃料發(fā)電廠。而且我們不必再等太久就能做到。Form Energy的下一階段是向電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)電廠發(fā)展，計(jì)劃在2023年建立一個(gè)示范工廠，并在2025年將功能齊全的長(zhǎng)壽命鐵電池投入電網(wǎng)。已經(jīng)有幾家公用事業(yè)公司正在與Form Energy公司就部署其新電池進(jìn)行溝通，這可能正是讓美國(guó)實(shí)現(xiàn)到2035年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳化Q的目標(biāo)。

但是，鐵-空氣電池究竟是如何達(dá)到這一效果的呢？它是通過(guò)被稱(chēng)為可逆生銹的東西發(fā)生的。一個(gè)單一的大型電池單元可以包含10-20個(gè)電池堆。在這些電池中，有三個(gè)主要部分：陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)。這些是構(gòu)成任何電池的主要部分，使其能夠產(chǎn)生和儲(chǔ)存電力。在這種情況下，陽(yáng)極是由鐵球組成的，而呼吸空氣的陰極位于另一端。這兩個(gè)部分都浸沒(méi)在水基電解質(zhì)a中，允許進(jìn)入的空氣與鐵發(fā)生反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)將鐵氧化成氫氧化鐵，在這個(gè)過(guò)程中釋放出電子。然后，它進(jìn)一步將鐵氧化成鐵銹–這個(gè)過(guò)程釋放出更多的電子并為我們提供電力。所有這一切意味著，在放電過(guò)程中，鐵銹會(huì)在陰極堆積，但在充電階段，通過(guò)電池單元的電流會(huì)逆轉(zhuǎn)反應(yīng)，使氧氣從鐵銹中釋放出來(lái)，鐵又被還原了回來(lái)。

鐵-空氣電池并不能取代鋰電池，在很多情況下鐵-空氣電池并不合適，因?yàn)樗鼈兲^(guò)笨重，在要求輕便的領(lǐng)域，如手機(jī)、電腦，甚至電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域都不合適。鐵-空氣電池的真正用武之地還是在家庭、電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等回定場(chǎng)景做電力儲(chǔ)存，是我們向清潔能源過(guò)渡的最后一塊。如果風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能和地?zé)崮苣軌蚺c鋰離子電池一起提供我們80%的電力，那么最后的20%則又希望用鐵-空氣電池來(lái)解決。