在实验室测试中，在80 mA·cm⁻²电流密度的测试中，一块电池被来回充电、放电了6000多次。测到最后，它的容量一点都没少。

按每天充放一次折算，这相当于连用16年以上。它的主料也让人意外：没用锂，用的是再普通不过的铁。作为工业原料，铁比锂便宜80倍以上。

这块核心活性材料原料成本约为锂的1/80、实验室折算寿命16年以上的碱性全铁液流电池，出自中国科学院金属研究所唐奡、李瑛团队。两个数字各是怎么算出来的？这块铁电池离真正用上，又还差几步？

铁电池的老毛病出在负极那罐液体里

用铁做电池，算不上新点子。1981年，美国学者Hruska和Savinell就提出了全铁液流电池的构想。液流电池和手机里的电池长得完全不一样：电存在两大罐液体里，泵把液体送进电堆，充电放电靠的是液体里离子的价态变化。

正负两边都用铁，两罐液体就不怕互相串味。铁又遍地都是，这条路看上去怎么走都划算。可几十年里，这条路一直走不顺。酸性路线充电时，铁会在电极上析出、长出枝晶，还伴着析氢，电池越用越虚。

唐奡、李瑛团队选的是碱性路线：用有机配体把铁离子"抱"住，做成溶在水里的铁配合物，枝晶和沉淀的麻烦就绕开了。碱性路线也有自己的三道坎。负极液的电化学可逆性差。

强碱里的氢氧根会去啃铁离子，活性物质慢慢分解。游离配体还会钻过中间那层离子交换膜，跑到正极捣乱。翻成大白话：电池的本钱就是罐子里那些铁。

铁一边被碱腐蚀，一边被偷渡过去的配体搅局，每充放一次就少一点，用不了多久容量就垮了。团队在这条路上已经摸了几年。2024年3月，他们先从电极界面缺陷和极性溶剂下手，让全铁液流电池的循环稳定性提升了10倍。

电解液的凝固点也被压到-20℃以下，首次在-20℃下稳定运行了100小时。电极和低温两头稳住了，剩下的硬骨头就是负极液本身。这一回，他们直接在分子上动刀。

团队拿12种富含羟基、磺酸基的有机配体当积木，拼出11种结构各异的铁配合物，再经过理论计算和一轮轮筛选，最后留下一个名叫[Fe(HPF)BHS]⁴⁻的双配体螯合负极液。

这套设计分两层。第一层是"挤"：两种配体多点咬住铁离子，周围堆出很大的空间位阻，氢氧根想凑近铁中心也挤不进去。

第二层是"推"：磺酸基和羟基在外围形成一圈负电荷，借助Donnan排斥效应，把同样带负电的氢氧根顶回去，也让配体和活性物质很难穿膜。

测下来，配体渗透速率比传统体系降低了两个数量级，大约只剩原来的百分之一。

腐蚀挡住了，偷渡也拦住了，掉电的病根就这样从源头上被按住。多尺度表征显示，6000次循环之后，液体里没有沉淀，也没有副产物堆积。

充放6000次后，16年和80倍这样算出来

病根治好了，寿命才有得谈。在80mA·cm⁻²的电流密度下，这块电池稳定运行超过6000次循环，容量没有衰减，平均库仑效率99.4%。库仑效率衡量的是充进去的电荷能放出来多少，99.4%意味着每一轮几乎没有跑冒滴漏。

16年就从这里算出来：6000次除以一年365天，大约16.4年。前提是每天只充放一次，数据也来自实验室的测试条件。

真放进电站，气温起伏、负载忽高忽低、日常维护，都会影响它最终能干多少年。不过光是在实验室里跑满6000次、容量一格不掉，就已经在这个领域的循环稳定性上表现突出。

换成更吃力的工况，它也扛得住：电流密度拉到150mA·cm⁻²时，能量效率还有78.5%，峰值功率密度达到392.1mW·cm⁻²。

80倍算的是另一本账。铁作为工业原料，价格比锂便宜80倍以上，比的是铁和锂这两样原料本身。整套电池还包括电堆、储罐、泵和控制系统，这部分钱不会跟着缩80倍。

但电池的本钱换成了另一种金属，整本账的底子就跟着变了。

铁在地壳里的含量排第四，炼钢厂的原料场里到处都是。锂就没这么从容。

中国锂资源对外依存度约70%，2024年光锂精矿就进口了约525万吨。原料靠进口，价格就容易跟着别人的矿山和行情走。

碳酸锂2022年冲到每吨约60万元的高点，2024年初跌到约10万元，一年多蒸发掉八成多，2025年还在每吨5.5万到10万元之间来回晃。

一座储能电站一干就是二十来年。把这么长的账押在一种价格上蹿下跳、七成要靠进口的原料上，谁心里都不踏实。

换成铁，原料便宜只是第一层。更要紧的是家门口就供得上，不用看进口的脸色。

它进不了汽车，却可能守住电网

这项成果已经发表在国际能源期刊《AdvancedEnergyMaterials》上，第一作者是团队的特别研究助理魏巍。研究人员也说得很明白：能不能大规模商业部署，还要看实验室之外的真实世界测试。眼下这块铁电池，正站在从实验室走向工程化的门口。

它往哪儿走，方向很清楚。液流电池的活性物质溶在水里，能装多少电受溶解度卡着。

碱性全铁液流电池的能量密度大约30到74Wh/L，锂电池是300到400Wh/L，差了好几倍。这点能量密度塞进汽车底盘远远不够，它也从没打算上车。

它的位置在电网侧和发电侧，是建在空地上、守着风电和光伏的固定储能。到了这个位置，它的长处都成了刚需。先说安全。它用的是水系电解液，本质阻燃，不可燃，没有爆炸风险，最极端的情况下也只是发热、析气。

2021年4月，北京丰台一座储能电站因磷酸铁锂电池内短路引发热失控，起火爆炸，造成3死1伤。

储能电站越建越大，一罐烧不起来的液体就越有分量。再说扩容。液流电池的功率和容量可以分开设计，想多存几个小时，把储罐做大、多灌些电解液就行，灌进去的又是便宜的铁。需求也在往这边涌。

国家的专项行动方案提出，到2027年全国新型储能装机要达到1.8亿千瓦以上，其中4小时以上的长时储能占比不低于30%。

一口气存好几个小时的电，拼的就是寿命长、够安全、原料便宜，这三样恰好都是铁电池的强项。从样品走到电站，还有几步要迈。

整套系统的造价，据行业估算，全铁液流电池在每千瓦时1600到2600元，仍高于锂电池储能系统。团队用的HPF、BHS这类有机配体要靠化学合成，怎么把配体做便宜，是产业化绕不开的一关。电堆、膜材料这些部件，也得跟着降本。

再回头看这两个数字，它们各有落点。80倍落在原料上：铁比锂便宜80倍以上，挖得出，买得到，不受进口掣肘。16年落在寿命上：实验室里6000次循环一格未掉，让这条路线第一次拿出能和电站寿命对上号的成绩。

它们真正兑现的地方，是电网边上那些日夜充放的储能站。实验室测试中那块电池，已经闯过了最难的一关：铁离子在强碱里泡了6000个来回，容量纹丝不动。接下来，就是把它从测试台搬进电站，每天充放一次，去跑满那16年。

参考资料：

Nearly 80 times cheaper than lithium': China unveils low-cost 'all-iron flow battery' for renewable energy storage.南华早报（SCMP）.2021-11-23

中国锂储量跃居世界第二 从全球占比6%升至16.5%.新华社.2021-11-23

液流电池商业化进展及其在电力系统的应用前景.中国电机工程学会（CSEE）.2021-11-23

新一代高性能碱性全铁液流电池技术研究取得新进展.中国科学院金属研究所

液流电池商业化还需攻克"成本关.中国能源报（人民日报社主管）.2026-05-17