近日，美国一家初创公司Form Energy宣布其研发出了一种铁-空气电池，如果计划如期推进，该电池将在2025年投运，可持续提供100小时的电力，且价格低于20美元/千瓦时。这标志着Form Energy在长时储能电池领域取得了一项重大技术突破。虽然这种电池对电动汽车来说太重，但为可再生能源的发展解决了一个关键问题，即当太阳光照较弱或风速不足时，为电网提供廉价、持久的电力。这种既便宜又能长时间存储的电池，被誉为可再生能源技术领域的“圣杯”。

Form Energy还宣布，最近完成了一笔2亿美元的D轮融资，由钢铁制造巨头、全球主要铁矿石生产商之一的Arcelor Mittal领投。除此之外，该电池项目还获得了气候投资基金Breakthrough Energy Venture的支持，投资人包括微软公司的联合创始人Bill Gates和亚马逊的创始人Jeff Bezos。

铁-空气电池利用铁的氧化还原反应实现电池的充电和放电。其运作原理是放电时，电池暴露在空气中被氧气氧化，类似铁生锈的过程；充电时，利用电流将氧化铁还原成为金属铁。Form Energy利用铁生锈的过程储存电力，经过了多次实验和测试。2018年初，Form Energy的研发团队开始进行小规模测试，在半透明量杯的底部，用五金店的软管夹包裹小片金属进行充放电。测试方案包括硫铁、硫空气、硫锰和铁空气等不同的电池配置。研究发现，在这些配置中，铁空气的效果最为理想。

随着研究的进一步开展，Form Energy在技术上实现了新的突破。为了获得一种关键的电池材料——不渗水但能吸收氧气的阴极，Form Energy购买了亚马逊电池公司Nant Energy董事长Patrick Soon-Shiong的专利及其库存上千的阴极材料，放在公司大楼角落里的纸板箱内。

“把这个钉牢，我们就可以踩油门了。”Form Energy公司的创始人Jaramillo说。

2020年夏末，Form Energy研发了一种电池，高度一米多（约3.3英尺）。由于其尺寸和垃圾桶相似，取名为Slim Jim。2021年初，该公司研发了一个名为Big Jim的“1m×1m”全尺寸电池。如果工作按照预期推进，20个类似的电池将结合成一个电池组。成千上万的电池串在一起，将填满整个仓库，并能够储存几周的电能。虽然给这些电池系统充满电需要几天时间，但电池一次能够持续放电150个小时。到2023年，公司计划配置一种能够持续放电超过6天的1兆瓦电池。该公司表示，其正在和多家公用事业公司洽谈电池部署事宜。

铁-空气电池的原型Big Jim，由18000个鹅卵石大小的灰色铁粒组成，这是一种储量丰富、无毒、不易燃的矿物质。在快速发展的电池领域，将低成本的铁粒作为原材料，成为Form Energy获得竞争优势的关键。

斯坦福大学气候/能源项目的总监Mark Jacobson说，“如果商业成本最终低到20美元/千瓦，这将是一个重大突破，既能够促进全世界范围内过渡到100%清洁、可再生电力，也能避免停电，成本还比之前更低。”

目前锂离子电池是电动汽车和电力系统储能的主力。分析人士称，电力系统、电动汽车使用的锂电池组中，镍、钴、锂和锰矿每千瓦时的存储成本在50到80美元之间。Form Energy公司认为，如果使用铁，每千瓦时的存储成本将不到6美元，如果把电池组打包成一个完整的电池系统，每千瓦时低于20美元。专家表示，如果能达到这种水平，可再生能源加上储能完全可以取代传统的化石燃料发电厂。

在全球控制碳排放的趋势下，拜登政府正在推动美国于2035年实现无碳电网，美国的一些州政府和电力企业也在同步推进。众所周知，风能、太阳能、地热能和核能与短时的锂离子电池相结合可以供应80%的电力，最后的20%则需要某种长时间的储能方式来补充。

能源部副参谋长Jeremiah Baumann指出，“我们已经知道80%的电力需要何种技术路径，并且已经在成本上具备竞争力。而对于最后的20%，我们有良好的技术意识，但问题的关键是哪一种技术能够削减成本并成功进入市场。”

众多初创公司竞相开发更先进、成本效益更高的储能技术，有的公司推进固态电池；还有的公司认为抽水蓄能或压缩空气可以被更广泛地应用；欧盟目前正在推动氢储能和发电。与此同时，另外一些公司则专注于研究碳捕获技术，让天然气和燃煤电厂实现零排放，减少对储能的需求。Form Energy将在这个日益拥挤的领域与其他公司展开竞争。

Form Energy创立于2017年，是一家电力存储系统研发公司，由麻省理工学院教授、电池专家Yet-Ming Chiang和曾参与特斯拉储能项目的Meto Jaramillo共同创立，专注于研发一种使可再生能源可以实现全年稳定调度的低成本、长时储能系统。

Form Energy的首席执行官Meto Jaramillo曾经研究过最早的特斯拉汽车动力系统。他在特斯拉工作七年后，于2016年离职，开始为电力系统研发低成本电池。2012年，Yet-Ming Chiang在麻省理工大学任教期间，正在参与美国能源部的项目，开始研究长时储能电池。2017年，他与Jaramillo一起创立了Form Energy公司，并吸引了电池行业的其他资深技术人员。

2020年春季，Form Energy与明尼苏达第二大电力供应商Great River Energy达成合作协议，开发首个商业项目，采用安全、便宜、丰富的材料，为其提供1MW/150MWh的铁-空气电池储能系统，实现电力输送150小时不中断。该项目将于2023年开始运营，部署在燃煤发电厂的公用设施附近。如果项目完成，将基本实现零碳排放，同时成本远远低于煤电。

Great River主席兼首席执行官David Saggau认为，长效储能将成为未来极端天气状况下维持电网可靠性的必要手段。因此，他们选择了与Form Energy合作。在达成合作前，考虑到当地气候条件等多方面因素，双方就如何替代南达科他州1.15GW装机容量的Coal Creek Station燃煤电厂进行了长时间的讨论和研究。

Great River Energy是一家电力批发公司，和28个配电商合作，为70000个家庭、农场和公司提供电力服务。该公司的目标是利用长时储能系统，解决风力发电的间歇性和波动性问题。在风力资源不足时，也能保证电力的持续供应。Form Energy表示，将于2023年和Great River Energy合作开展铁空气交换电池的测试项目。