生锈的金属可能是能源网需要的电池对吗「金属燃料电池」

今天带来生锈的金属可能是能源网需要的电池对吗「金属燃料电池」，关于生锈的金属可能是能源网需要的电池对吗「金属燃料电池」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

我们需要更多的方法来储存可再生能源。是时候让金属空气电池大放异彩了吗？

作者：阿努拉德·瓦拉纳西

我们需要一种锂离子电池的替代品来储存大量的可再生能源。兹比内克·布里瓦尔 上 不闪耀

电力非常易腐烂。如果在创建时不使用，它会迅速消散为热量。只有当大量的太阳能和风能可以随时储存和使用时，电网的完全脱碳才能成为现实。毕竟，我们无法全天候利用太阳能和风能等可再生能源。

目前，锂离子电池占储能市场的相当一部分。但它们价格昂贵，涉及开采稀有金属，并且远非环境可持续。找到一种生态退化较少的替代品至关重要 - 到目前为止，科学家们正在钠，镁甚至海水等原材料的帮助下分析锂离子电池的替代品。但在过去几年中，能源行业一直在投资金属空气电池，作为电网储能的下一代解决方案。

金属空气电池于1878年首次设计。该技术使用大气氧作为阴极（电子接收器）和金属阳极（电子给予器）。该阳极由廉价且可充分利用的金属组成，例如铝，锌或铁。“这三种金属在金属空气电池中的使用率已经上升到顶峰，”麻省理工学院电化学教授Yef-Ming Chiang说。

1932年，锌空气电池是第一种金属空气电池，广泛用于助听器。三十年后，美国宇航局和GTE实验室的科学家试图为美国宇航局的太空系统开发铁空气电池，但最终放弃了。尽管如此，一些研究人员仍在追逐这项难以捉摸的技术。

研究人员认为，从理论上讲，金属空气电池的能量密度可能比锂离子电池高六十多年。尽管如此，他们过去一再未能充分发挥潜力。

在锂离子电池中，发电过程很简单。锂原子只是在电池充电和放电时在两个电极之间反弹。

然而，涉及空气会使该过程更加棘手，并增加了一个额外的挑战 - 充电的难度。氧气与金属发生反应，产生一种化学物质，然后引发电解过程，释放能量。但是，在金属空气电池中，转移不是可以来回进行的反应，而是大多数时候只有一种方式。由于大气中的氧气不断流入金属空气电池，一旦启动它，即使未使用电池，电池也会迅速腐蚀，并且保质期较差。

此外，金属空气电池的每公斤瓦时数 -- 用于测量每单位电池质量的能量存储 - 目前并不是特别高。这是电动汽车现在不能使用铁空气等金属空气电池的主要原因，蒋介石告诉科普。“锂离子电池每公斤有100瓦时。但对于铁空气来说，它只有每公斤40瓦时。相比之下，能量储存然后从电池放电的速率相对较低，“他说。

但他认为，尽管有这些限制，固定能量存储可能会使用铁空气电池。在一家名为Form Energy的初创公司中，蒋和他的同事们一直在开发一种新的低成本铁空气电池技术，该技术将在2024年之前为可再生能源提供多日存储。

“尽管这在电动汽车上不起作用，但铁空气电池可以在商业上扩大规模，用于储能，并有助于在本世纪中叶缓解气候变化，”也是Form Energy首席科学官的蒋补充说。

蒋的团队在他们的电池技术中微调了“反向生锈”的过程，以有效地储存和释放能量。当铁化学氧化时，它会失去通过电池外部电路发送到其空气电极的电子。大气中的氧在空气电极处变成氢氧根离子，然后穿过铁电极，形成氢氧化铁，最终生锈。

“当你反转电池上的电流时，它会使电池生锈。根据电池是放电还是充电，电子要么从铁中被带走，要么被添加到铁上，“蒋解释说。他声称，电池可以提供100小时的清洁电力，而价格仅为每小时20千瓦时 - 与锂离子电池相比，这是一笔便宜的，锂离子电池的成本高达200美元/千瓦时。

但铁并不是唯一正在崛起的金属。随着开发用于储能的可持续金属空气电池的竞赛加速，一些公司及其研究人员正忙于投资锌空气和铝空气电池。

德国明斯特大学的材料科学家用一种由憎水性离子组成的新型电解质重新设计了锌空气电池的设计。在传统的锌电池中，电解质可能具有高pH值物质的腐蚀性，使其腐蚀性足以损坏电池。研究人员通过确保憎水性离子粘附在空气阴极上来克服这个问题，因此来自电解质的水不会与进入的氧气发生反应。来自阳极的锌离子可以自由地传播到阴极，在那里它们与大气中的氧气相互作用并反复产生能量。

随着研究人员越来越接近开发可充电锌空气电池，加拿大公司Zinc8 Energy已经推出了其产品。该初创公司使用锌空气电池，其储罐含有氢氧化钾和带电锌。电网的电力将化学锌酸盐分解成锌，水和氧气。这为锌颗粒充电并储存电力。

当电力需要馈入电网时，带电的锌与氧气和水同步，释放储存的电力并产生锌酸盐。之后，整个过程再次开始。该集团宣布将这些锌空气液流电池引入全球市场，将其技术安装在纽约皇后区的一座太阳能电池板住宅楼中。

像铁一样，锌也随处可见，并且有现有的供应链。另一种同样丰富的金属，铝，也被用于开发铝空气电池。但与锌空气电池不同，铝空气电池不能充电，蒋说。铝生产的碳足迹也高于其他金属空气电池选择。

到2028年，全球金属空气电池市场预计将达到11.73亿美元，主要用于提供储能解决方案。但就目前而言，投资者、行业分析师和消费者都在热切地等待着下一个重大突破。

编译 陈讲运