用空氣制造的終極蓄電池有望在不久的將來出現(xiàn)。這種電池不需要傳統(tǒng)的電極，重量是現(xiàn)有鋰電池的1/5。《日本經(jīng)濟(jì)新聞》在近日的報道中指出，全世界多個國家和多家企業(yè)正積極推進(jìn)空氣電池研發(fā)，期待能借此實(shí)現(xiàn)盡快脫碳的目標(biāo)。這種電池目前主要用于風(fēng)能等可再生能源儲電，隨著研發(fā)技術(shù)不斷取得進(jìn)展，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。
空氣電池優(yōu)點(diǎn)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(fù)極使用金屬(如鋰)等材料。放電時，金屬離子從負(fù)極向正極移動，與從空氣中吸收的氧發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生電;在充電過程中，金屬離子與氧分離并從正極移動到負(fù)極。
由于負(fù)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(fēng)能和太陽能等可再生能源儲電，以推進(jìn)脫碳。聯(lián)合國秘書長安東尼奧·古特雷斯曾表示，為了能在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和，大約到2030年太陽能和風(fēng)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(shù)，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(xué)土木與環(huán)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(xué)商學(xué)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(jīng)濟(jì)潛力。”
多家企業(yè)競相研制
空氣電池的這些優(yōu)點(diǎn)讓很多企業(yè)競相投入。據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)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(dú)立研發(fā)的由鐵和氧驅(qū)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(chǎn)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(zhì)，這種電池安全性很高。美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)2021年8月發(fā)布的制造成本估算數(shù)據(jù)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(chuàng)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(dú)有偶，日本初創(chuàng)公司科尼克斯系統(tǒng)公司也在研發(fā)一種結(jié)合氫氧燃料電池技術(shù)的新型鐵空氣電池。公司設(shè)想將材料成本降至常規(guī)成本的1/10以下，擬于2025年發(fā)售，用于可再生能源儲電領(lǐng)域。
加拿大初創(chuàng)企業(yè)鋅8能源解決方案公司則另辟蹊徑，正在研發(fā)使用鋅材料的“鋅空氣電池”。據(jù)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(shè)施，為公寓樓供電。
據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報道，日本FDK公司正在研發(fā)“氫空氣電池”，這種電池負(fù)極使用儲氫合金，通過讓氫與從正極吸入的氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)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(jì)劃2023年向電力公司等機(jī)構(gòu)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(fā)的新型“鋰空氣電池”比同類鋰電池輕20%，計(jì)劃向無人潛水艇供電。
技術(shù)難題有待攻克
盡管科學(xué)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(shù)難題有待攻克。
首先，氧很難從氧化物團(tuán)中分離出來，金屬鋰則有很高的起火和產(chǎn)熱風(fēng)險，使用鋰的空氣電池在使用過程中負(fù)極會變形，容易引起短路。韓國三星電子集團(tuán)和蔚山科學(xué)技術(shù)院為了減少電池中氧氣通過區(qū)域的老化，用有機(jī)材料代替陶瓷，由此充放電的次數(shù)從不到10次增加到了100次，雖然仍達(dá)不到鋰離子電池的4000次充放電次數(shù)，但已算不小的進(jìn)步。
此外，鐵空氣電池等并不能完全代替鋰電池，因?yàn)樗鼈兲靥螅⒉荒苡迷谑謾C(jī)、電腦和新能源汽車上。不過，科學(xué)家們表示，更輕的空氣電池的研發(fā)正在取得進(jìn)展，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。
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