锌空气电池最新消息（无汞锌空气电池）

来源:DeepTech深度科技

金属空气电池是以空气电极为正极，金属电极为负极的电化学电池。放电时，金属离子从负极移动到正极，与从空气中吸入的氧气发生反应，产生电能。在充电过程中，金属离子和氧的分离从正极移动到负极。空气中的氧气可以通过气体不断扩散，到达电化学反应界面，与金属反应释放电能。

与传统的离子电池不同，金属空气电池具有很高的理论能量密度。锂空气电池的理论能量密度高达3500Wh/kg，锌空气电池为1360Wh/kg，锂离子电池仅为460Wh/kg。

廉价且富含地球的金属材料使得金属空气电池比锂离子电池具有显著的优势，金属空气电池的制造成本可能降低到后者的1/10以下。极低的材料成本、高能量密度、相对简单的电池设计和良好的安全性，使金属空气电池有着光明的前景。

金属空气电池的结构主要由三部分组成:金属电极、空气电极和电解液。金属电极由锌、镁、铝、锂和钠组成，空气电极由防水透气层、气体扩散层、催化剂层和导电层组成。电解质是水性的(主要是中性和碱性的)和非水性的。稳定性差、能量效率低等问题一直制约着金属空气电池技术的进一步发展。其中，电化学氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)对金属空气的性能起着重要作用。

图|水基和非水基金属空气电池示意图(来源:异质碳材料金属空气电池研究进展)开发催化活性高、稳定性好的空气电极催化剂是未来的研究趋势。北京大学郭少军课题组对金属空气电池的催化活性和稳定性进行了深入研究；由其开发的具有亚纳米厚度和高端卷曲的双金属Pd-Mo纳米片在碱性电解液中表现出优异的氧还原反应电催化活性和稳定性，突破了阴极反应动力学缓慢对相关电化学能量转换/存储器件的限制，显著提高了锌空气电池和锂空气电池的性能。这一成果已经发表在顶级期刊《自然》上，(https://www . Nature . com/articles/s 41586-019-1603-7)。

最近的研究进展，如清华大学深圳国际研究生院和中国科学院深圳先进技术研究院联合开发的三电极RZAB (T-RZAB)，包括疏水放电阴极、亲水充电阴极和无锌阳极。去耦阴极可以实现快速ORR和OER动力学，并避免ORR催化剂的氧化。基于这种电极材料，研究人员开发了一种大型T-RZAB电池，在10mAh/cm2的电流密度下，每循环放电容量高达800mAh/cm2，循环寿命长达5220h。同时，在这项研究中组装了T-RZAB电池组，其能量密度为每千克151.8瓦时，成本低至每千瓦时46.7美元。这项研究成果为锌空气电池的产业化带来了极具竞争力的突破。(https://doi.org/10.1002/adma.202301952)

在工业方面，早在1975年左右，金属空气电池工业在加拿大铝动力等公司的大力倡导下取得了一定的发展。然后在90年代，美国能源部推出了世界上第一个铝空气电池系统Voltek A-2来推广电动汽车。但由于未能突破关键技术，金属空气电池技术发展极为缓慢，世界各地的研究工作也陷入低谷。

进入21世纪后，金属空气电池的研发迎来了新的增长期。目前已取得研究进展的金属空气电池主要有锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池和锂空气电池。其中，锌空气电池是最成熟、最具潜力的空气电池，已经或将应用于新能源汽车和供电系统，安装成本预计不到锂离子电池的1/4。

目前，金属空气电池主要应用于新能源储能和电动汽车领域。例如，美国铝业(Alcoa)和以色列Phinergy在2017年发布了一款测试电动汽车。该车配备两家公司联合开发的铝空气电池后，续航里程可增至994英里(约1600公里)。2021年，美国企业Eos Energy Storage与另一家美国企业EnerSmart签署了2000万美元的订单。主要内容是在加州安装10台锌空气电池储能装置，每台3兆瓦，可为2000户家庭供电。

日本初创公司konecranes开发的一种结合氢氧燃料电池技术的新型铁空气电池，可能会将其材料成本降至常规成本的1/10以下。该产品计划于2025年销售，用于可再生能源存储领域。2022年，加拿大Zinc8 Energy Solutions也宣布，其自主研发的锌空气电池将实现商业化的第一步:为纽约新建1.5 MWh储能设施，将其自主研发的锌空气电池与现有的太阳能发电相结合，为当地的公寓楼供电。其他主要从事R&D和金属空气电池生产的外国公司包括欧洲电力公司EDF、比利时AZA电池公司和日本三洋公司。

在国内，AVIC长力联合能源技术有限公司和北京锌空气电池研究中心于2012年开始合作，共同推动锌空气电池在北京的产业化。随后，2016年，德阳沈东新能源科技有限公司正式与中国铁塔德阳分公司签订采购合同，为其提供1000个铁塔基站电源，这些电源的电池使用金属(铝)作为燃料电源。2017年，云南冶金集团创能金属燃料电池有限公司通过自主研发，突破铝空气电池关键材料及其制备技术，其低成本空气电极寿命达到7000小时，达到国际领先水平；这种电池使用的低成本特种铝合金阳极的性能可以与美国铝业公司的高纯铝相媲美。此外，多家上市公司也对锌空气电池进行了技术和产业布局，如彭辉能源、熊涛、德赛股份、建峰集团、中国电力等。

国际市场咨询公司Market Research预测，2021年金属空气电池全球市值约为4.66亿美元，主要用于提供储能解决方案。到2028年，市值将达到11.73亿美元，2021-2028年预测期复合增长率为13.2%。

目前，金属空气电池的商业化还处于早期阶段。有些技术已经可以量产，有些还在实验室阶段，有些即将大规模装载新能源汽车。在技术层面，如氧还原催化剂催化活性低、电池系统热失控、极化电阻大等问题，亟待领域内的聪明公司在研发上有所突破，下半年整个行业的发展值得期待。

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