金属空气电池不如钒电池当红，也不像锂电池那么耳熟能详，提起它，人们甚至还会有些陌生。

但金属空气电池已展露的冰山一角之下，却隐藏着巨大的潜力，有人称它“一旦商业化，足以惊艳四座。”
以空气电极作正极，以金属电极作负极，负极活泼金属提供的电子通过外电路传输到正极与空气中的氧气结合，从而形成导电通路——以此，便构成了金属空气电池。

作为一种新型电池，金属空气电池具有许多电池所不具备的优势。


经粗略计算，即使将全球储存的锂资源全部开采加工成锂电池，其能存储的总电量都远远不够全球一天的用电量。而空气电池不仅仅可以锂、锌等元素作为电池的负极材料，地壳中含量极高的铁、铝、镁等亦是其负极材料的主流选择。因此，金属空气电池最大优势的在于其电极材料储量丰富且廉价易得。

另外，与传统的离子电池不同，金属空气电池正极反应物氧气直接来源于周围环境，并具有很高的理论能量密度，因此金属空气电池的蓄电量特别高。其理论电量是锂电池的6～10倍，实际蓄电量可达锂电池的3倍。若用作汽车动力电池，则有望实现1000km以上的超长续航。

除此之外，金属空气电池使用水溶液作为电解液，没有易燃易爆成分，不存在燃烧或爆炸的风险，较为安全。

根据负极充电特性不同，金属空气电池分为二次电池（锌空气电池）和一次电池（镁空气电池、铝空气电池），都结构简单，便于操作，无需专人维护，其制造、使用、回收等流程均无有害物质释出。

当前金属空气电池商业化还处于早期阶段，有的技术已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段。目前已取得研究进展的金属空气电池包括锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等。

作为金属空气电池之一，美国麻省理工学院的报告认为，锌空气电池是目前发展最成熟的空气电池。

锌空气电池已经或即将应用在新能源汽车与供电系统中，安装成本预计不到锂电池的1/4。

极低的材料成本、高能量密度、电池设计相对简单以及安全性良好，让以锌空气电池为主的金属空气电池前景光明。
锌空气电池出现至今已有百年之久，其发展历程可以追溯到19世纪60年代。

1868年，勒克朗谢发现了锌空气电池的工作原理，他注意到，当电解液的体积只占盛装电池体积的一半时，上部的二氧化锰/碳混合物未浸泡在电解液中，由于空气中的氧气在潮湿部分发生还原反应，电池的性能得到提高。


1878年，Maiche使用中性氯化铵水溶液做电解液，发明了首个锌空气电池；1932年，Heise和Schumadcher实现了中性锌空气电池的商业化；1967年，美国国家航空航天局（NASA）开始研究锌空气电池，用于航天器和宇航员的应用；1972年，Eveready Battery Company（现在的埃尼瓦尔特能源公司）推出了第一款商业化的锌空气电池。

与碱性电解液不同的是，中性氯化铵电解液不会与二氧化碳反应生成碳酸盐。Jindra等人在1973年研究了氯化铵水系中性电解液在锌空气电池中的应用。


然而，由于当时技术限制和市场需求不高，锌空气电池并没有取得广泛的商业成功。

进入21世纪后，锂离子电池仍然占据主导地位，消费电子、电动汽车和规模储能需求的日益增加使得锂离子电池一直处于发展的黄金期。然而，随着电池技术的不断突破，锂离子电池的“阿喀琉斯之踵”也渐渐浮现。

一方面，锂离子电池的实际能量密度正逐步接近其理论上限；另一方面，近年来发生的电池自燃事故逐渐引发了人们对锂离子电池安全性能的忧虑。此外，对锂钴资源的严重依赖、电解液毒性带来的后处理问题等也正一步步走向现实。人们很快意识到，必须开发锂离子电池的替代品以应对这些潜在的问题。为此，探索具有高理论能量密度、固有安全性和环境友好性的储能系统变得极为紧迫。

在众多电化学储能体系中，锌空气电池再次体现出了理论优势，开始在一些特定领域得到商业应用。

2011年，我国首个锌空气电动公交车正式下线，该类型纯电动城市公交车续驶里程达300公里，最高时速可达80公里/小时，其运营成本比传统锂电池电动汽车低1/3。

2015年，天津九能京通公司的锌空气燃料电池项目被列为天津市重大工业项目并通过国家863动力电池测试中心产品检测鉴定，形成了年产5万组新能源汽车用锌空气燃料电池组的生产能力，目前已投入商业化运行。

美国企业Eos Energy Storage与另一家美国企业EnerSmart在2021年签署2000万美元订单，主要内容为在加利福尼亚州安装10个锌空气电池储电设备，每个项目3兆瓦，可为2000户家庭供能。
电池技术在长时储能中起着至关重要的作用，作为当前最主流的液流电池技术，全钒液流电池由于其高安全性以及可以功率与能量解耦，被认为是长时储能技术非常有力的竞争者。不过，尽管技术上很有前途，但昂贵的钒电解液大大提高了初装成本，阻碍了其广泛部署。

而锌空气电池凭借其独特的半开放式结构和无限的环境空气供应，在锌足量的情况下，它可以按天甚至以月度或季节性连续运行。同时，丰富且廉价的锌资源保证了电池的低成本，水系电解液确保了电池固有的安全性。因此，从技术和经济的角度来看，锌空气电池是非常适合长时储能的技术。

近年来，多国企业和科研团队陆续在催化剂、充放电技术等方面取得进步，锌空气电池商业化进程进一步加快，尤其是长时储能应用。

加拿大锌空气电池开发商Zinc8 Energy Solutions在2022年宣布其独立研发的锌空气电池将实现商业化第一步：为纽约市新建一个1.5兆瓦时的储能设施，结合其独立研发的锌空气电池和现有太阳能发电，为当地公寓楼供电。

今年年初，Zinc8 Energy Solutions宣布称，Empire State Development批准了一笔高达900万美元的拨款，以激励该公司在纽约州选址建立其在美国的第一个锌空气电池生产基地。

据了解，Zinc8公司的锌空气储能系统可以提供20kW~50MW范围内的输出功率，具有8小时或更长时间的储能时长。利用可充电锌空气电池技术的优势，该系统可以配置为支持微网和公用事业范围内的长时储能应用。

此外，比利时另一家初创公司AZA Battery也在推进锌空气电池规模化研发生产。最新报道称，该公司将于2023年初开始试生产“空气电池”，目标是于2026年开始量产，2027年实现1200兆瓦时的年产量。据该公司介绍，制造成本为25～35美元/千瓦时，比铅酸电池便宜很多。

然而，尽管锌空气电池非常有前途，其在广泛应用之前还有一些需要解决的挑战。如锌空气电池同其余大部分锌液流电池一样，也面临着锌枝晶的问题。同时，其还面临着电流密度低、氧析出氧还原双效催化剂开发不全面的问题。这些问题阻碍了锌空气电池在长时储能中的广泛应用。

总体而言，锌空气电池经历了多年的研究和改进，目前正处于商业化的早期阶段，技术性能和成本降低还需要进一步研究。有国际机构预计，到2028年，金属空气电池市场价值或将达到11.73亿美元。

未来锌空气电池能否在愈加火热的长时储能市场占据一席之地，还很难说，不过，在长时储能成为新风口的当下，我们更愿意看到各类长时储能技术在竞争中获得更好的发展。

原标题：锌空气电池是长时储能的好方向吗？