老代原创：锌空电池技术介绍
我从2000年进入工业电池行业，16年来由于工作的原因直接接触了很多电池技术，有铅酸（富液、阀控、胶体、纯铅、铅碳）、镍镉、镍氢、镍锌、一次锂电池、二次锂电池（磷酸铁锂、锰酸锂、三元、钛酸锂）、锌空气（铝空气、镁空气）、液流（全钒、锌溴、铁镍），同时也关注了燃料电池（直接甲醇、氢燃料）以及包括锂空气、锂硫电池技术在内的最新的电池技术，基本上对目前市面上所有的电池技术都做了一些研究。
我从多年前接触锌空气电池以来，一直认为锌空气电池是一项非常有前景的技术，有望在很多市场取代传统的铅酸和锂电池。多年来，我一直在研究国内外锌空气电池的进展，有幸请教了不少锌空气电池行业的前辈，也曾参观过西班牙公司的锌空气电池生产工厂，并逐渐研发出自己的技术，申请了2项相关发明专利。
锌空气电池的原理
锌空气电池是燃料电池的一种，利用空气中的氧气直接氧化金属锌来发电，已有100多年的历史，锌空气电池安全、环保，能量密度高达350Wh/kg；理论能量密度高达/kg；是目前最成熟的金属燃料电池技术。
但由于技术原因，目前各大厂商均开发一次性不可充电的锌空气电池。
国内外研究现状
20世纪90年代，为了满足电动汽车动力电池的要求，-Fuel公司开始研发用于电动汽车的可机械更换阳极板的二次锌空气电池，此后这种动力锌空气电池被美国燃料电池协会命名为“锌空气燃料电池”。
随后的10年中，德国NA公司、美国圣地亚哥电力公司、挪威纽约电力公司以及美国等开始研制锌空气燃料电池。
中国西安通瑞公司研发的液态锌空气电池解决了充电问题，目前已在三轮车上使用，但功率密度太低。
2003年，北京长力开始研发锌空气燃料电池，香港中航集团投资进一步开发，已应用于电动公交车和北京奥运会；2011年，天津九能精通新能源科技有限公司投资3.3亿元建设锌空气燃料电池项目，这是国家863计划科技成果。我曾当面咨询过北京长力原技术副总裁张博士，他离开北京长力后，现在专注于原铝空气、镁空气产品的研发。
上海博信等从1996年开始研究开发锌空气燃料电池及其成套锌能源，十多年来，他们已经形成了完整的锌能源产业，从专有技术到成套专用设备，再到成品及其应用，可以供应和应用于从电动自行车到大型电动客车的所有电动车，他们的客车样车也在上海世博会期间投入实际使用。我也请教过上海博信的董事长杨先生，杨先生已经八十多岁了，但知识渊博，讲了国内外很多锌空气电池开发公司的历史和技术现状，让我受益匪浅。下图是上海博信研发的锌空气电池电动自行车和电动客车。
武汉宏源的原有锌空气电池车在2011年也应用于湖北汉川的公交车上，他们的团队专注于优化锌空气电池的倍率性能，我也多年前就和他们有过接触。
上述国内锌空气电池厂商的技术均为柔性机械充电技术，且已在示范车上运行多年，但这些柔性技术需要庞大的产业链支撑（锌还原）、使用不便、进展缓慢。
最新研究进展
近年来，可充电锌空气电池在国外再次受到关注。国外领先的锌空气电池开发公司借鉴了近年来铅酸电池、锂电池、燃料电池等领域的技术发展，并将其应用于锌空气电池，使得锌空气电池的性能有了突破性的提升。例如EOS公司、挪威公司、美国公司等。
美国EOS公司研发的可充电锌空气电池宣称循环寿命可达5000次，其目标是10000次，而锌空气电池的储能成本最终将与抽水蓄能相媲美。经过分析发现，美国EOS公司的锌空气电池采用的技术与液流电池类似。
挪威一家公司5年前研发的可充电锌空气电池，循环寿命已达到200次，获得多家机构投资，包括RWE、TVM等，可惜目前该公司因故倒闭。
这家美国公司利用3D打印机为可穿戴设备生产微型可充电锌电池。该公司已从两家投资公司AME Cloud获得600万美元的投资。
日本三井、NGK等研究机构也长期在进行锌空气充电电池的研究，该项技术是与日本合作开发的。
这家美国公司是全球首家大规模商业化生产可充电锌空气电池的厂商，他们声称其锌空气电池的循环次数是传统铅酸电池的3-6倍，截至2014年已售出3.5万块电池，并已开始MWh级储能应用。
国内中南大学唐教授也声称，已制备出200AH可充电锌空气电池电芯和30KW的电池组，电池比能量达到200Wh/kg，充放电循环次数超过300次。
中国科学技术大学的徐教授还牵头参与了国家863锌空气电池项目，开发出了锌空气电池。徐教授现在在合肥一家公司从事锌空气电池的产业化工作。
锌空气电池的特点
最新的锌空气电池技术融合了低成本、高能量、长寿命、安全环保、灵活定制等特点，能够打破多个电池市场现有的竞争格局，是一项极具市场竞争力和广阔市场空间的技术。
锌空气电池市场
随着锌空气电池技术的突破，锌空气电池可在以下市场发挥巨大优势：
锌空气电池由于成本低（0.3-0.4元/Wh，仅为铅酸电池的一半，锂电池的1/6）、绿色环保、能量密度高（约250Wh/kg，是锂电池系统的2倍，是铅酸电池的8倍），在市场上具有较大的影响力。
其次，锌空气电池的能量密度是铅酸电池的8倍、锂电池的2倍，这一优势让其在对续航里程有要求的市场，如电动自行车、低速电动车、电动汽车等，拥有巨大的性能优势。
凭借低成本和高能量密度的综合优势，最新的长寿命锌空气燃料电池将能够填补储能市场目前电池技术的空白，使储能系统首次具备商业价值。系统投资可在3-4年内收回，预计年投资回报率可达20%以上，可快速撬动这一市场。
从上表可以看出，锌空气电池的目标市场除了可穿戴设备市场、无人机之外，还包括通讯基站、电动自行车、低速电动车、电动汽车、储能等，每个市场的容量都非常巨大。
锌空气电池的缺点
虽然最新的锌空气电池具有很强的竞争力，但目前的技术还不成熟，存在很多缺点。锌空气电池不可能存在于所有市场。二次锌空气电池的主要缺点是：
需要有空气存在，不能在封闭环境中使用。
由于系统必须开放，锌空气电池系统对水和碎片的进入非常敏感。
电解液的碳化。目前可用的电解液有中性电解液NH4Cl和强碱性电解液KOH。中性电解液下的功率密度低，强碱性电解液易吸水、碳化。希望能出现合适的油性电解液。
空气电极的使用寿命有待提高，还原过程中产生的氧气容易氧化空气电极的碳，导致电极性能下降，期待找到合适的解决方案。
当然，二次锌空气电池也存在其他问题，比如三电极锌空气电池成本上升等，但我们相信，随着锌空气电池技术的逐步完善，锌空气电池进入市场并占据相对重要的地位应该是可行的。
电池市场发展
近10年来，工业电池市场风起云涌，新技术不断涌现，甚至石墨烯电池、全钒液流电池等概念多次被市场炒作。同时，日本氢燃料电池的商业化、锂硫、锂空气电池技术的逐步发展、2015年国内锂电池原材料价格的大幅上涨，都表明市场的发展需要动态观察。我个人的看法是：
a）随着全球电动汽车市场的发展以及储能市场的启动，锂原料的短缺问题开始显现，未来相当长的一段时间内我们或许都很难看到锂电池价格出现大幅下降，1元/Wh或许只是一个美好的愿望。
b)锂电池本身的成本、安全性、管理系统的复杂性决定了锂电池无法用于大规模MW级储能。
c）由于可回收材料的价值量很少，锂电池的回收体系注定是一门赔本的生意。未来几年国家很有可能开始对所有锂电池征收污染费。也就是说，锂电池的价格将持续上涨。
d）未来的电动汽车可能不是纯锂电池汽车，也不是纯燃料电池汽车，最合适的路线是锂电池（或下一代锂空气、锂硫电池）和燃料电池的结合。锂电池作为启动电池发挥动力性和经济性的优势，燃料电池发挥便捷性和续航里程的优势。
e）中国拥有50多年的锌空气电池产业基础，中国也是锌材料资源丰富的国家，考虑到锂空气、固体电解质、燃料电池等下一代电池技术远远落后于国外，中国政府不太可能花费资金和市场资源掏空自己的产业基础，锌空气电池很可能再次成为市场关注的焦点。
本文作者：黄良国，该公司中国区销售总监。美国集团是全球最大的工业电池解决方案提供商，拥有100多年的电池制造经验和领先技术。