近日，美國(guó)一家初創(chuàng)公司Form Energy宣布其研發(fā)出了一種鐵-空氣電池，如果計(jì)劃如期推進(jìn)，該電池將在2025年投運(yùn)，可持續(xù)提供100小時(shí)的電力，且價(jià)格低于20美元/千瓦時(shí)。這標(biāo)志著Form Energy在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池領(lǐng)域取得了一項(xiàng)重大技術(shù)突破。雖然這種電池對(duì)電動(dòng)汽車來說太重，但為可再生能源的發(fā)展解決了一個(gè)關(guān)鍵問題，即當(dāng)太陽光照較弱或風(fēng)速不足時(shí)，為電網(wǎng)提供廉價(jià)、持久的電力。這種既便宜又能長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的電池，被譽(yù)為可再生能源技術(shù)領(lǐng)域的“圣杯”。

Form Energy還宣布，最近完成了一筆2億美元的D輪融資，由鋼鐵制造巨頭、全球主要鐵礦石生產(chǎn)商之一的Arcelor Mittal領(lǐng)投。除此之外，該電池項(xiàng)目還獲得了氣候投資基金B(yǎng)reakthrough Energy Venture的支持，投資人包括微軟公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Bill Gates和亞馬遜的創(chuàng)始人Jeff Bezos。

鐵-空氣電池利用鐵的氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電池的充電和放電。其運(yùn)作原理是放電時(shí)，電池暴露在空氣中被氧氣氧化，類似鐵生銹的過程；充電時(shí)，利用電流將氧化鐵還原成為金屬鐵。Form Energy利用鐵生銹的過程儲(chǔ)存電力，經(jīng)過了多次實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。2018年初，F(xiàn)orm Energy的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開始進(jìn)行小規(guī)模測(cè)試，在半透明量杯的底部，用五金店的軟管夾包裹小片金屬進(jìn)行充放電。測(cè)試方案包括硫鐵、硫空氣、硫錳和鐵空氣等不同的電池配置。研究發(fā)現(xiàn)，在這些配置中，鐵空氣的效果最為理想。

隨著研究的進(jìn)一步開展，F(xiàn)orm Energy在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了新的突破。為了獲得一種關(guān)鍵的電池材料——不滲水但能吸收氧氣的陰極，F(xiàn)orm Energy購(gòu)買了亞馬遜電池公司Nant Energy董事長(zhǎng)Patrick Soon-Shiong的專利及其庫(kù)存上千的陰極材料，放在公司大樓角落里的紙板箱內(nèi)。

“把這個(gè)釘牢，我們就可以踩油門了�！盕orm Energy公司的創(chuàng)始人Jaramillo說。

2020年夏末，F(xiàn)orm Energy研發(fā)了一種電池，高度一米多（約3.3英尺）。由于其尺寸和垃圾桶相似，取名為Slim Jim。2021年初，該公司研發(fā)了一個(gè)名為Big Jim的“1m×1m”全尺寸電池。如果工作按照預(yù)期推進(jìn)，20個(gè)類似的電池將結(jié)合成一個(gè)電池組。成千上萬的電池串在一起，將填滿整個(gè)倉(cāng)庫(kù)，并能夠儲(chǔ)存幾周的電能。雖然給這些電池系統(tǒng)充滿電需要幾天時(shí)間，但電池一次能夠持續(xù)放電150個(gè)小時(shí)。到2023年，公司計(jì)劃配置一種能夠持續(xù)放電超過6天的1兆瓦電池。該公司表示，其正在和多家公用事業(yè)公司洽談電池部署事宜。

鐵-空氣電池的原型Big Jim，由18000個(gè)鵝卵石大小的灰色鐵粒組成，這是一種儲(chǔ)量豐富、無毒、不易燃的礦物質(zhì)。在快速發(fā)展的電池領(lǐng)域，將低成本的鐵粒作為原材料，成為Form Energy獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

斯坦福大學(xué)氣候/能源項(xiàng)目的總監(jiān)Mark Jacobson說，“如果商業(yè)成本最終低到20美元/千瓦，這將是一個(gè)重大突破，既能夠促進(jìn)全世界范圍內(nèi)過渡到100%清潔、可再生電力，也能避免停電，成本還比之前更低�！�

目前鋰離子電池是電動(dòng)汽車和電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的主力。分析人士稱，電力系統(tǒng)、電動(dòng)汽車使用的鋰電池組中，鎳、鈷、鋰和錳礦每千瓦時(shí)的存儲(chǔ)成本在50到80美元之間。Form Energy公司認(rèn)為，如果使用鐵，每千瓦時(shí)的存儲(chǔ)成本將不到6美元，如果把電池組打包成一個(gè)完整的電池系統(tǒng)，每千瓦時(shí)低于20美元。專家表示，如果能達(dá)到這種水平，可再生能源加上儲(chǔ)能完全可以取代傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電廠。

在全球控制碳排放的趨勢(shì)下，拜登政府正在推動(dòng)美國(guó)于2035年實(shí)現(xiàn)無碳電網(wǎng)，美國(guó)的一些州政府和電力企業(yè)也在同步推進(jìn)。眾所周知，風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮芎秃四芘c短時(shí)的鋰離子電池相結(jié)合可以供應(yīng)80%的電力，最后的20%則需要某種長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能方式來補(bǔ)充。

能源部副參謀長(zhǎng)Jeremiah Baumann指出，“我們已經(jīng)知道80%的電力需要何種技術(shù)路徑，并且已經(jīng)在成本上具備競(jìng)爭(zhēng)力。而對(duì)于最后的20%，我們有良好的技術(shù)意識(shí)，但問題的關(guān)鍵是哪一種技術(shù)能夠削減成本并成功進(jìn)入市場(chǎng)�！�

眾多初創(chuàng)公司競(jìng)相開發(fā)更先進(jìn)、成本效益更高的儲(chǔ)能技術(shù)，有的公司推進(jìn)固態(tài)電池；還有的公司認(rèn)為抽水蓄能或壓縮空氣可以被更廣泛地應(yīng)用；歐盟目前正在推動(dòng)氫儲(chǔ)能和發(fā)電。與此同時(shí)，另外一些公司則專注于研究碳捕獲技術(shù)，讓天然氣和燃煤電廠實(shí)現(xiàn)零排放，減少對(duì)儲(chǔ)能的需求。Form Energy將在這個(gè)日益擁擠的領(lǐng)域與其他公司展開競(jìng)爭(zhēng)。

Form Energy創(chuàng)立于2017年，是一家電力存儲(chǔ)系統(tǒng)研發(fā)公司，由麻省理工學(xué)院教授、電池專家Yet-Ming Chiang和曾參與特斯拉儲(chǔ)能項(xiàng)目的Meto Jaramillo共同創(chuàng)立，專注于研發(fā)一種使可再生能源可以實(shí)現(xiàn)全年穩(wěn)定調(diào)度的低成本、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

Form Energy的首席執(zhí)行官M(fèi)eto Jaramillo曾經(jīng)研究過最早的特斯拉汽車動(dòng)力系統(tǒng)。他在特斯拉工作七年后，于2016年離職，開始為電力系統(tǒng)研發(fā)低成本電池。2012年，Yet-Ming Chiang在麻省理工大學(xué)任教期間，正在參與美國(guó)能源部的項(xiàng)目，開始研究長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池。2017年，他與Jaramillo一起創(chuàng)立了Form Energy公司，并吸引了電池行業(yè)的其他資深技術(shù)人員。

2020年春季，F(xiàn)orm Energy與明尼蘇達(dá)第二大電力供應(yīng)商Great River Energy達(dá)成合作協(xié)議，開發(fā)首個(gè)商業(yè)項(xiàng)目，采用安全、便宜、豐富的材料，為其提供1MW/150MWh的鐵-空氣電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力輸送150小時(shí)不中斷。該項(xiàng)目將于2023年開始運(yùn)營(yíng)，部署在燃煤發(fā)電廠的公用設(shè)施附近。如果項(xiàng)目完成，將基本實(shí)現(xiàn)零碳排放，同時(shí)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤電。

Great River主席兼首席執(zhí)行官David Saggau認(rèn)為，長(zhǎng)效儲(chǔ)能將成為未來極端天氣狀況下維持電網(wǎng)可靠性的必要手段。因此，他們選擇了與Form Energy合作。在達(dá)成合作前，考慮到當(dāng)?shù)貧夂驐l件等多方面因素，雙方就如何替代南達(dá)科他州1.15GW裝機(jī)容量的Coal Creek Station燃煤電廠進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的討論和研究。

Great River Energy是一家電力批發(fā)公司，和28個(gè)配電商合作，為70000個(gè)家庭、農(nóng)場(chǎng)和公司提供電力服務(wù)。該公司的目標(biāo)是利用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，解決風(fēng)力發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性問題。在風(fēng)力資源不足時(shí)，也能保證電力的持續(xù)供應(yīng)。Form Energy表示，將于2023年和Great River Energy合作開展鐵空氣交換電池的測(cè)試項(xiàng)目。