美国正加速向可持续能源转型，得益于具有里程碑意义的《通胀削减法案》（P.L. 117-169）（IRA）与《基础设施投资和就业法案》（P.L. 117-58）（IIJA），这些法案为可再生能源和清洁能源开发出资数十亿美元，并为环境和公平优先的项目提供税收抵免和激励措施。美国政府已准备大规模扩大其可再生能源产业。但是，为了充分发挥可再生能源基础设施的潜力，美国需要解决好储能问题。铁空气电池和铁流电池是颇具潜力的解决方案，有希望帮助可再生能源真正扩大规模。

能源转型面临的一项挑战是，几种关键的可再生能源——如风能和太能——依赖间歇性自然条件。这些能通常被称为可变可再生能源，或 VRE。尽管可再生能源十分丰富，但直到现在也几乎没有有效方法来储存富余的风能或太阳能以备后用。目前，一种以铁为原料（铁资源丰富且安全）的电池可以提供可靠的储能，满足不断增长的能源需求。

储能的一项解决方案：

铁空气电池和铁流电池公用事业部门正与特斯拉等公司合作，为电网安装锂离子电池用于储能。然而，这些电池只能短蓄电，存储的电力通常只够放电约四小时。无论发电能源间歇与否，电网都需要全天候供电，如果由歇性可再生能源供电，电网则需要更大的储能容量。

铁流电池作为解决方案具有可行性。它们通过在碳膜上移动两种电解质溶液来发电。目前市场上的铁流电池，如 ESS 公司开发的电池，可以提供六至十二小时的存储时长，因此填补了日间储能需求。这一时长完美解决了可再生能源发电中的“鸭子曲线”问题，鸭子曲线是指太阳能发电量与尖峰用能源需求之间的不匹配问题。阳光充足时，太阳能发电量最高；而用电需求相对较低（温和气候下）。夜间时，用电需求飙升，但太阳能不再发电。这是可再生能源产业的一大挑战，ESS 公司认为铁流电池可以解决这一问题。

铁流电池可以通过日间储能模式发挥重要作用，提供更加安全、实惠的储能，尽管如此，真正的性电网需要的是长达数天的储能能力，以保证在发电低谷期的电力供应，例如在恶劣天气期间或灾难发生后。

铁空气电池，如总部位于波士顿的电池公司 Form Energy 生产的电池，可以储能并发电 100 小时为可再生能源发电的长期波动提供电力保障。铁空气电池的工作原理被称为“可逆生锈”，即把铁转化为锈，再把锈转化为铁，如此循环来储存电流。电池首先吸收空气，让内部的铁生锈。生锈的化学反应会产生电流，在需要时放电。逆转电流（即为电池充电）会将铁锈重新变成铁，使系统为新一轮循环做好准备。

锂离子电池因尺寸更小巧而取代铁空气电池成为了默认的电池技术。绝大多数手机、笔记本电脑电动汽车等都使用锂离子电池。锂离子电池虽然尺寸小但是储能能力强，是电气化进程中具有吸引力的持续供电技术。尽管如此，铁空气电池蓄势待发，准备通过可靠、安全的长时储能轻松接入现有电网础设施，以满足电气化的关键需求。铁与锂相比具有几个优势。

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铁的优势

锂离子电池比铁基电池存储容量小，另外锂离子电池还有其他要求，导致其不适合电网储能。首先，锂离子电池需要的锂价高且相对稀有。随着电动车产量急剧增加，锂的需求量越来越大。拜登政府提出 2030 年要实现动汽车销售量占 50% 的目标后，锂的需求将进一步飙升。铁基电池不需要锂，所以在电网储能中用铁空气电池代替锂基电池可以缓解供应链的部分压力。

铁基电池另一个引人注目的方面是，其内部的铁可能在美采购、加工。加强国内供应链是拜登政府的首要任务，IRA 法案细则为符合国内采购标准的制造商提高了税收优惠。ESS 公司的企业宣传总监 Morgan Pitts 在接受 EESI 采访时指出，该公超过 80% 的原材料（按体积计算）都为国内采购，而且 100%国产。Form Energy 公司将在明尼苏达州（铁资源丰富）开发其第一个具有商业规模的项目。该公司的首席执行官 MateoJaramillo 表示，该州的铁储量对项目选址作用巨大。Jaramillo写道，Form Energy正积极研究利用明尼苏达州铁资源未来前景。铁空气电池和铁流电池在可再生能源转型过程中为优先推动美采购、生产及劳动力提供了机会。

锂离子电池区别于铁流电池的是，它需要通过精确调节温度发挥其作用，温度升至 77 华氏度以上时，电池效率会明显降低。因此，夏酷暑的州需要为储能电池安装昂贵的冷却设备，这不仅会增加经济成本，空调还会导致能源消耗，加剧能源碳排放带来的污染。ESS 表示，铁流电池有运行的温度范围广，23 至 104 华氏度都可有效运行，这使铁流电池成为安装在户外

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的理想选择，同时也节约了因温度调节产生的资金与环境成本。随着气候变化引发美气温上升，这一优势将尤为突出。

铁基电池的另一优势是其安全性。例如，铁流电池中电解质溶液的 pH 值与葡萄酒相当，而且电池没有燃烧的风险。此外，铁流电池使用的都为高度可回收材料。铁基电池的性质意味着其寿命长于锂离子电池，锂离子电池在使用四到七年后会迅速化。ESS 电池的寿命为 25 年，而且在理论上，铁与电解质溶液可以无限重复使用相比之下，锂离子电池需要专门处理才能避免燃烧的可能性，这不仅给能源供应商带来额外的成本，还有可能污染周边环境。

铁电池的未来

虽然铁基电池潜力巨大，但这项技术仍然在发展中，因此需要支持电的研究与有效实施。联邦资金已用于持铁电池开发，美国能源高级研究计划局（ARPA-E）也已经资助 ESS 公司来研究使用铁浆制造更加耐用的电池。

Morgan Pitts 在发给 EESI 的一封电子邮件中表示，ESS 和 ARPA-E 之间的合“发挥了关键作用”，使该公司能够善铁流技术并为市场规模部署做准备。

联邦的持续支持可以帮助美国在开发再生能源方面利用这一技术成果IRA 和 IIJA 为储能计划的实施提供数十亿美元的资金，其中 IIJA 专门向储能计划拨款 5.05 亿美元，IRA 为储能提供了30%的能源投资税收抵免。

这笔资金优先用于研发安全、实惠的产储能技术，能够推动铁电池的生产和部署，从而为美国市场和制造业带来潜在利益；最重要的是，造福气候。