未来绿色储能：金属空气电池(2)

　　金属空气电池在诸多领域具有广阔的应用前景。例如，金属空气电池具有使用方便、安全性高等优点，可为助听器等小型用电设备供电，目前小型锌空气电池已遭设计为纽扣电池，广泛用于助听器的电池。金属空气电池中的铝空气电池具有高蓄电量和长续航的特点，可以作为电动车、无人机和便携设备等的理想供能选择，而且铝空气电池只需要更换负极金属板，不需要充电，提高了充电效率和便捷性。将金属空气电池与锂离子电池联用，可使其兼具高蓄电量和长续航的优点，续航时间可达到锂电设备的2～3倍。镁空气电池和铝空气电池可作为应急电源，用于自然灾害发生时的电力供应或户外活动中的电源，它们结构简单、便于操作，关键时刻仅需加水即可提供可靠的电源供应，2公斤左右的金属空气电池即可满足三口之家的应急用电，并且不会产生噪声和有害物质，是绿色安全的电力来源。对于地形复杂的地区或者边远岛礁，采用金属空气电池供电，技术难度低，安全性高。

　　国内外多年攻关技术瓶颈

　　金属空气电池虽优点众多，是具有广阔应用前景的新型电源，但是并没有实现规模化应用，其实际使用过程中仍面临多种关键技术瓶颈。例如锌空气电池功率小、寿命短；镁空气电池续航短；铝空气电池放电过程析氢副反应严重，导致电解液短时间内沸腾，通常使用时长不超过15分钟，会出现“烧开水现象”；空气电极侧存在氧气获取速度慢、使用寿命短等缺点，这些都在一定程度上限制了金属空气电池的应用和推广。

　　针对金属空气电池存在的诸多技术瓶颈，国内外多年来都在攻关。2015年，加拿大滑铁卢大学陈忠伟博士团队实现了锌空气电池能量密度的突破，电池蓄电量提升了40%；2023年，西澳伊迪斯科文大学(ECU)有研究团队表示，其研究的新型锌空气电池使用寿命超过950小时，且蓄电量没有任何损失；重庆大学潘复生院士团队开发的镁空气电池能量密度达到了铅酸电池的20倍以上，电解液可直接采用海水，在深海着陆器、深海原位实验站等海洋装备领域具有很好的应用前景；天津大学胡文彬、吴忠团队近年来解决了铝空气电池放电副反应严重的突出问题，实现了这类电池大功率、稳定长效放电，能量密度突破900Wh/kg，已经在分布式污水处理设备和水面潜行器的供能系统开展了示范应用，如果用于汽车动力电池，可实现2500公里以上的超长续航。

　　当前金属空气电池仍处于商业化早期阶段，大多数技术停留在实验室研究阶段，但部分技术，如一次锌空、铝空电池已初步具备工程化应用的潜力。有国际市场咨询公司预计，到2028年，金属空气电池市场价值或将达到11.73亿美元。看来，在不久的将来，通过国内外对金属空气电池相关技术的整合以及电池器件结构的设计优化，金属空气电池将会真正给人类生产和生活带来极大便利。

　　未来可在能源储备中大展拳脚

　　事实上，在锂矿产资源紧缺的当下，抛开各项性能优点不论，金属空气电池的最大优势在于其电极材料选择更多样，且资源储量丰富。经粗略计算，即使将全球储存的1700万吨锂资源全部开采加工成锂离子电池，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、镁等亦是负极材料的主流选择。可以预见，在大规模储能蓬勃发展的未来，空气电池作为储能技术备选方案之一，必将迎来大展拳脚之时。

　　金属空气电池绿色安全，可实现循环再利用，能进一步提高对可再生能源的利用率。截至2023年4月底，我国风力光伏发电总装机量已突破8000亿瓦，融易新媒体消息，占全国发电装机的30.9%。但风光发电也给电网调度带来了不小负担——风、光资源有随机性和不稳定性，在无风、夜晚等情景时，仍需要火电来维持电网的功率，而在风、光资源极佳之时却需要限功率运行以减小电网的负担，由此产生了大量的“弃风”和“弃光”，因此有人戏谑地将风电和光电称为“垃圾电”。以往的研究都致力于利用锂电和氢能存储这部分电能，而金属空气电池将为“变废为宝”提供更加绿色安全且廉价的途径。利用“弃风、弃光”发出的电，结合成熟的电解冶金技术，将金属空气电池放电过程中溶解到电解液里的锌、铝、镁等储能金属提炼后，再经过简单加工便可重新制成新的电池电极。这一完整的使用—回收—再生循环链将辅助存储风力、光伏发电。