能源危机

随着全球经济社会的发展，对能源的需求也水涨船高。过去以传统化石能源为主导的能源结构，虽然极大提升了能源的转化效率，在推动人类科技和社会进步方面发挥了极大作用，但是随着这些化石能源的消耗，不可避免地向环境中排放了诸多污染物质以及大量的温室气体，全球温室效应和全球变暖日益严重。

于是，可再生的清洁能源愈发受到各国的重视，在能源结构调整中的比例也逐渐拉高。

然而，即使是利用太阳能、风能、地热等可再生的清洁能源，在发电的过程中都会遇到一个共性的、极难从根本上解决的问题，那就是电能的存贮。

那些不论是利用煤炭发的电，还是可再生能源发的电，假如在产生的时候没有及时使用，那么就会在极短的时间内以热量的形式消散。电能的存储问题，一直以来都是能源应用领域特别是电池科学领域重点研究的内容。

金属-空气电池

从目前全球的情况看，锂离子电池在能源存储市场上占有的份额是非常大的。但是，由于这项技术本身依赖于锂这种稀有资源，因此成本很高，而且利用的可持续性不强，亟需找到一种可持续性、性价比高的替代方案。其中，能源行业企业中，投资研发金属－空气电池，已经越来越受到广泛的关注，并且默认为是下一代电多能源存储的解决方案。

相信大家对这个概念还比较陌生，到底什么是金属－空气电池呢？这种类型的电池，最早概念的提出，是在1878年。其主要原理是，使用空气中的氧气或者纯氧作为电池的正极，以电极电位较负的金属，比如锌、镁、铝、铁等作为负极，一般采用碱性的电解质水溶液作为电解质，从而达到产生电流的目的。

1932年，锌－空气电池正式研制成功并面世，广泛用于助听器的生产。三十年后，美国宇航局试图在太空系统的相关计划中，开发应用铁－空气电池，但由于各种原因最终放弃了。不过，科学家们对金属－空气电池的热情，始终没有削减。

目前研究最深、应用较广的金属－空气电池，主要集中在锌－空气电池，日本、法国的一些车企已经研发出放电电流密度较高、可供部分车型使用的产品。由于以锌、铝、铁为主要的原材料，在自然界中这些金属的分布比较广泛，所以非常容易获得、电池的综合成本就会相对低很多。

金属-空气电池的优点

相对于传统电池，金属－空气电池具有很多优点，比如能量密度非常高，金属－空气电池的理论比能量通常都在1000W·h/kg以上，属于高能的化学电源，是传统电池的20倍以上。

第二个优点是成本低廉。其构成电池正负极的物质都很常见，无论是作为负极的锌、铝、镁，还是作为正极的空气（氧气），可以说在自然界中随处可见，非常容易获取。

第三个优点是性能比较稳定。金属－空气电池能够在很强的电流密度下工作，放电性能比传统电池高，输出也比较稳定。

不过，目前金属－空气电池也有它的一些缺点，比如电池在工作中不能完全密封，受空气湿度和二氧化碳影响较大；有的金属－空气电池需要汞齐化，而汞是一种对人体有危害、对环境有污染的重金属；正比如，电池的放电过程是持续性的，一旦开始就不能轻易停下来，否则极容易造成金属的腐蚀，影响使用寿命。

利用金属生锈来发电？

为了使金属－空气电池有更好的使用预期和市场覆盖面，来自美国麻省理工学院的电化学华裔教授蒋业明，带领研究团队一直在开发一种新的低成本铁－空气电池技术，并且取得重大突破。

蒋教授的研究团队，在他们的电池技术中对“反向生锈”的过程进行了微调，这种技术可以有效地储存和释放能量。当铁发生氧化反应时，它失去了通过电池外部电路送到空气电极的电子。大气中的氧在空气电极上变成氢氧化物离子，然后穿过铁电极，形成氢氧化铁，最终生锈。

如果通过某种方式，将电池产生的电池方向“逆转”，电池则不会再生锈，金属是否生锈，取决于到底是充电还是放电。这种铁－空气电池由于原材料更易于获取，成本就更加低廉，如果获取相同的电能，成本只是锂离子电池的十分之一左右。

由于技术等方面的原因，目前看铁－空气电池仍然不适用于电动汽车，但是它在电能的存贮方面具备着强大的优势，不但可以以此为突破在商业上扩大规模生产，而且还有利于二氧化碳的减排，对减缓气候变化具有非常重要的作用。