金属空气电池是以空气电极作为正极，金属电极作为负极的电化学电池。放电时，金属离子从负极向正极移动，与从空气中吸入的氧发生反应而产生电。而在充电过程中，金属离子与氧分离从正极移动到负极。空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散，到达电化学反应界面与金属反应而放出电能。

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。锂空气电池理论能量密度高达 3500Wh/kg，锌空气电池的理论能量密度为 1360Wh/kg，而锂离子电池的理论能量密度仅为 460Wh/kg。

廉价且地球储量丰富的金属材料使得金属空气电池较锂离子电池具备显著优势，金属空气电池的制造成本或可降低至后者的 1/10 以下。极低的材我爱线报网料成本、高能量密度、电池设计相对简单以及安全性良好，让金属空气电池前景光明。

金属-空气电池的结构主要由金属电极、 空气电极、电解质三部分组成，其中金属电极由 Zn、Mg、Al、Li、Na 等金属构成， 空气电极由防水透气层、气体扩散层、催化剂层和导电层 4 部分构成，电解液有水性（以中性、碱性居多）和非水性。稳定性差和能量效率低等问题，一直限制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）和氧析出反应（OER）对于金属空气的性能以起着至关重要的作用。

发展催化活性高、稳定性好的空我爱线报网气电极催化剂是未来的研究趋势。北京大学郭少军课题组就针对金属空气电池中的催化活性和稳定性进行了深入研究；其研发的亚纳米厚且高端卷曲的双金属钯钼纳米片材料，在碱性电解质中展现出卓越的氧还原反应电催化活性和稳定性，突破了阴极反应的缓慢动力学对于相关电化学能源转换/存储器件的限制，显著提升了锌空电池和锂空电池的性能。该成果已发表在顶刊 Nature，（https://www.nature.com/articles/s41586-019-1603-7）

最近的研究进展，如清华大学深圳国际研究生院、中科院深圳先进技术研究院联合开发的一种三电极 RZAB (T-RZAB)，其包括疏水放电阴极、亲水充电阴极和无我爱线报网锌阳极。该解耦阴极可实现快速的 ORR 和 OER 动力学，并避免 ORR 催化剂的氧化。研究人员基于此电极材料开发了一种大的 T-RZAB 电池，该电池具有 800mAh/cm2 的每循环高放电容量和 10mAh/cm2 电流密度下 5220h 的超长循环寿命；该研究同时组装了一支 T-RZAB 电池组，能量密度为每公斤 151.8 瓦时，成本低至每千瓦时 46.7美元。这一研究成果为锌空气电池产业化带来极具竞争力的突破。（ https://doi.org/10.1002/adma.202301952）

产业侧，金属空气电池行业早在 1975 年前后，就在加拿大 Aluminum power 等我爱线报网公司大力倡导下获得了一定的发展。随后在上世纪 90 年代，美国能源部推出了世界上第一个用来推动电动汽车的铝空气电池系统 Voltek A-2。但是后续由于关键技术未能突破，金属空气电池技术的发展极为缓慢，世界各地的研究工作也相继陷入低谷。

进入 21 世纪后，金属空气电池的研发迎来了新的增长期。目前已经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、锂空气电池等。其中锌空气电池是发展最成熟也是最有潜力的空气电池，已经或即将应用在新能源汽车与供电系统中，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在新型储能以及电动汽车领域。如 Alcoa（美铝公司）和以色列 P我爱线报网hinergy在 2017 年发布了一台测试电动车，该车搭载了两家公司联合开发的铝空气电池后，其续航里程可以增加到 994 英里（约合 1600 公里）。美国企业 Eos Energy Storage 与另一家美国企业 EnerSmart 在 2021 年签署 2000 万美元订单，主要内容为在加利福尼亚州安装 10 个锌空气电池储电设备，每个项目 3 兆瓦，可为 2000 户家庭供能。

日本初创公司 konecranes 研发的一种结合氢氧燃料电池技术的新型铁空气电池，其材料成本或降至常规成本的 1/10 以下，该产品拟于 2025 年发售，用于可再生能源储电领域。加拿大 Zinc8 Energy S我爱线报网olutions在 2022 年也宣布其独立研发的锌空气电池将实现商业化第一步：为纽约市新建一个 1.5 兆瓦时的储能设施，结合其独立研发的锌空气电池和现有太阳能发电，为当地公寓楼供电。其他主要从事金属空气电池研发生产的国外企业还有欧洲公用事业 EDF、比利时 AZA Battery、日本三洋公司等。

对于国内来说，中航长力联合能源科技有限公司以及北京锌空气电池研究中心在 2012 年为共同推动北京市锌空气电池产业化而展开工作。随后 2016 年，德阳东深新能源科技有限公司与中国铁塔德阳分公司正式签订采购合同，为其提供 1000 台铁塔基站电源，这些电源的电池用金属（铝）作为燃料电源。2017 我爱线报网年，云南冶金集团创能金属燃料电池股份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，其研发的低成本空气电极寿命达到 7000 小时，达到国际领先水平；该电池采用的低成本特种铝合金阳极性能可与美铝公司的高纯铝媲美。另外，有一批上市公司也已对锌空气电池进行了技术和产业布局，如鹏辉能源、雄韬股份、德赛电池、尖峰集团、中国动力等。

国际市场咨询公司 Market Research 预计，2021 年全球金属空气电池市场价值约为 4.66 亿美元，主要用于提供储能解决方案。到 2028 年，该市场价值或将达到 11.73 亿美元，2021 至 2028 年预测期内的复合增长率为 13.2%。

当前金我爱线报网属空气电池商业化还处于早期阶段，有的技术已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的即将大规模装载新能源车辆。技术层面诸如氧还原催化剂催化活性不够高、电池系统热失控问题、极化电阻较大等问题，亟待领域内的聪明公司研发突破，整个行业下半场的发展值得期待。

自《麻省理工科技评论》成立之初，就一直关注那些正在颠覆现有格局并创造新的市场机会影响人类社会的技术，以及那些正在从实验室走向市场即将商业化的技术。在此基础上，也高度关注将这些技术落地，并用这些技术影响我们生活的聪明企业。

这些推动技术商业化、支撑创新人才实现梦想的企业正是《麻省理工科技评论》寻找的“聪明公司”。自 2010 年起，《麻省理工我爱线报网科技评论》每年都会从全球科技公司中评选出“50 家聪明公司”（50 Smartest Companies，简称 TR50），以此洞见未来科技版图的构成。

2018 年，“50 家聪明公司”正式落地中国，从中国视野和中国立场面向全球寻找和甄别那些可能会影响世界的聪明公司。在过去的三年里，《麻省理工科技评论》中国分别以“中国支点”（2019 年）、“中国聚力”（2020 年）和“中国引领”（2021 年）为概念完成评选。2023 年，我们将继续在可持续发展的基调下，在世界范围内寻找关注“In China、By China、For China”的新兴技术创新型商业力量。

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