在全球迈向清洁能源转型的道路上，储能技术被誉为构建新型电力系统的“压舱石”。面对风、光等可再生能源固有的间歇性与波动性，亟需一种具备长时间、大规模、低成本且安全的储能解决方案保障国家能源安全与产业竞争力。为此，上海大学高性能钢铁材料团队董瀚教授牵头组建了铁-空气电池专项研究团队，铁-空气电池以金属铁为负极、空气中氧气为正极，在碱性电解液中通过铁的电化学氧化（放电）与氧化铁还原（充电），实现百小时级长时储能，其理论能量密度达到1200Wh/kg，成本目标仅为锂电池十分之一，有望破解风光间歇性难题。
1 百小时储能的“铁幕”：一场关于时间与成本的静默革命
铁-空气电池因理论能量密度高、原材料（铁、空气）储量丰富且成本低廉、水系电解质安全性高、循环寿命长等潜在优势，进入了全球视野。然而，从理论走向商业化应用存在巨大鸿沟。其核心痛点在于：
1）铁负极的钝化与腐蚀：铁电极在充放电过程中表面易形成致密的钝化层，导致电池内阻剧增、容量衰减。同时，充电时的析氢副反应会消耗电能并腐蚀电极。
2）空气正极的催化效率与稳定性：依赖高效且低成本的双功能催化剂以驱动氧还原和析氧反应，同时防止空气中的二氧化碳污染电解液。
3）系统工程化难题：铁电极的体积膨胀、热量管理、电解液维护以及系统集成经济性等。
国际上，美国Form Energy公司已进入10MW/1000MWh电网示范阶段（预计2026年投运），荷兰Ore Energy在代尔夫特理工大学试验基地成功将全球首套铁-空气电池系统接入荷兰公共电网，印度初创企业Meine Electric完成Pre-Seed融资、推进中试原型，均宣称成本可低至锂电池十分之一，成为“长时储能革命”的希望之星。
然而，其规模化成本与循环寿命仍需商业化验证。在国内，铁-空气电池研究尚处于实验室向中试过渡阶段，与国外工程化进度存在差距，亟需科技示范项目和相关企业关注来推动技术成熟度提升与产业链构建。
2 协同破局：钢铁冶金与电力储能产业的深度结合
铁-空气电池的产业化不仅是一项技术突破，更在于钢铁与储能两大产业的战略协同有望重塑产业生态与能源经济模式。
1）战略性资源协同：面临结构性调整压力的钢铁产业，可以为铁-空气电池的大规模制造提供充足且成本可控的铁原料（如铁粉）。与此同时，铁-空气电池作为长时储能设施的大规模部署，将创造海量的高附加值铁基材料需求，为钢铁行业开辟一个全新的“绿色”市场出口，实现供给侧与需求侧的匹配。
2）能源经济闭环：铁-空气电池构建了一个独特的“储能-冶金”融合模式。在充电阶段，电池系统可直接消纳风光绿电，储存为化学能。而在运行中，不仅能服务于电网调峰，更能通过创新的系统设计，为钢铁生产等工业过程提供灵活的低碳供能或辅助服务。最终，有望构筑一个“绿电消纳-铁资源循环-低碳冶金”的可持续产业生态，为新型电力系统的稳定运行和钢铁行业的深度降碳提供双重战略支撑。
3 突破性进展：从材料体系优化到原理样机验证
上海大学、江苏师范大学、上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院（上善院）基于近年来在高超纯铁领域的创新研发工作，由上海大学高性能钢铁材料团队董瀚教授牵头组建了铁-空气电池的专项研究团队。目前完成了从材料体系到样机系统的系统性攻关，取得了从“不可能”到“可行”的关键突破。研究团队遵循“材料-界面-部件-系统”的研发逻辑，在核心技术环节取得了突破性技术进展。
1）电极材料革新：明确“片”不如“粉”的原则，转向“铁粉-导电剂-粘结剂”的涂膏式多孔电极，大幅提升了反应活性面积。研究发现，粒径＜100μm的球形铁粉展现出良好的性能平衡。
2）电解液体系突破：开展了酸性、中性和碱性电解液体系的电池性能研究；针对电池析氢现象，发现添加硫化物能在电极表面原位生成保护膜，能有效抑制析氢。
3）催化剂开发：成功开发了以铁-氮-碳基材料为核心的非贵金属双功能催化剂，其氧还原和析氧催化活性媲美甚至优于部分贵金属催化剂，为低成本制备铁-空气电池提供了支撑。
4）样机性能验证：采用创新的“三明治”电极结构和动态电解液循环系统，构建了瓦级铁-空气电池样机，成功实现了“储能-放电”的功能。在0.5mA/cm2电流密度下，样机稳定循环了超过150h。
4 产业蓝图：不只是“电池”，更是“系统”
研究也勾勒出清晰的未来路径。下一步的核心目标将围绕“提升单体电池性能”与“完成工程样机验证”两大核心工作展开：
1）材料体系优化：开发具有强缓冲能力的新型复合电解液，并设计三维多孔铁电极、抗铁锈污染的Janus型空气电极，实现材料与结构的协同优化。
2）系统集成与控制设计模块化“层压堆叠”的电池堆，并重点攻关电解液循环调控与净化策略、电极活性原位再生技术，构建能够长期稳定运行、经济维护的完整系统。（刘飒 刘腾轼）
从古老的“生锈”现象到未来电网的“新型能源调节器”，铁-空气电池的研发承载着中国能源安全和产业转型的双重期待，其以储量丰富的铁和空气为介质，可实现百小时级低成本储能，破解风光间歇性难题，不仅有望成为破解长时储能难题的一把“新钥匙”，更可能依托中国钢铁冶金优势，在全球能源转型中实现高质量发展，为钢铁产业转型升级开辟巨大“新市场”，一场围绕“铁”的绿色能源革命正在静水深流中积蓄力量。
