金属空气硫电池：十五五前瞻布局，长时储能破晓
1、行业概述
（1）金属-空气电池
1）金属-空气电池是一类以活泼金属作为负极活性物质、以环境空气中的氧气作为正极活性物质的半开放式电化学储能体系。其正极活性物质来源于空气，电池内部无需预先储存正极材料，因此理论能量密度远高于封闭体系的锂离子电池。放电时金属负极被氧化释放电子，氧气在正极发生氧还原反应；充电过程则对应氧析出反应。按照金属阳极材料的不同，可划分为锌-空气电池、铝-空气电池、镁-空气电池、铁-空气电池和锂-空气电池等类型。
2）从工程特征来看，金属-空气电池兼具储能电池与燃料电池的双重属性，其能量密度可达锂离子电池的数倍以上，且可使用水系电解液甚至海水作为电解质，在安全性和成本方面具有天然优势。正极活性物质无需内置储存这一特点，使电池整体重量大幅降低，为其在长时储能和特种场景中的应用奠定了结构基础。
（2）金属-硫电池
1）金属-硫电池以硫或硫基材料作为正极，以金属（锂、钠、镁、铝等）作为负极，通过多电子转换反应实现能量的储存与释放。硫的理论比容量远高于传统过渡金属氧化物正极材料，且硫资源储量丰富、价格低廉，被视为极具潜力的正极材料体系。锂-硫电池是最早被系统研究的代表体系，此后逐步拓展至钠-硫、镁-硫、铝-硫等方向。
2）金属-硫电池面临的核心科学问题在于反应中间产物多硫化物的溶解与穿梭效应，以及硫本身电子绝缘性和充放电过程中体积变化带来的电极结构退化。固态电解质技术被视为从根源上抑制穿梭效应的关键方向，也是当前研究的前沿焦点。
2、产业链总结及影响
金属-空气/硫电池产业链可概括为“上游资源与材料—中游电芯制造与系统集成—下游应用场景”三层结构。上游环节主要包括金属原料（锌、铝、锂、镁等）和空气电极关键材料（催化剂、气体扩散层、电解液、隔膜）的供应。中游环节涵盖电极制造、电解液注入与封装、空气管理系统集成以及循环寿命测试等制造流程。下游应用领域则包括消费电子、通信基站备用电源、电网级长时储能、数据中心备用电源以及无人机等。
金属-空气/硫电池产业链拆解
资料来源：普华有策
金属-空气/硫电池产业链整体处于产业化前期，上游材料与中游制造工艺是当前主要瓶颈。下游新场景中，长时储能、数据中心备用电源和低空经济应用是增量入口，也是新旧产业融合的重点方向。
3、核心驱动因素
（1）政策驱动
1）2026年9月，工信部等七部门联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》，明确“前瞻布局新型碱金属离子电池、多价离子电池、金属－空气/硫电池、多功能复合材料结构电池、核电池等新一代电池体系”。这是金属-空气/硫电池首次被纳入国家层面电池产业专项规划的前瞻布局范畴，标志着行业政策环境进入历史最好时期。
2）2026年政府工作报告首次将“未来能源”纳入未来产业布局，新型电池被列为引领新质生产力发展的重点方向。2025年中央经济工作会议聚焦新质生产力与“反内卷”，新能源仍是“十五五”发展中心。工信部装备工业发展中心在2025新能源电池产业发展大会上明确提出系统布局全固态电池、金属空气电池等新一代电池研发工作，加速产业化进程。
（2）需求驱动
1）长时储能是最具确定性的增量市场。面向八至一百小时的长时储能需求，铁-空气电池以极低的单位容量成本切入百小时级市场。谷歌与Xcel Energy合作在明尼苏达州数据中心部署的铁空气电池储能系统，是全球按能量计规模最大的长时储能项目之一。
2）数据中心备用电源构成新兴增长极。随着AI算力需求爆发，数据中心对稳定、零碳备用电源的需求快速增长。铝-空气电池凭借其能量密度和安全性优势，在数据中心备用电源场景中具有差异化竞争力，已有企业开展商业化配置验证。
（3）技术驱动
1）AI辅助材料筛选正在加速技术迭代。利用机器学习和虚拟筛选方法发现新型非贵金属催化剂已成为现实，这类方法有望大幅缩短催化剂研发周期、降低实验成本。催化剂耐久性方面，氧化物基双功能催化剂在锌空电池中实现了长时间稳定性突破，为金属-空气电池的长寿命运行提供了技术基础。
2）固态电解质技术与金属-空气/硫电池的融合探索持续推进，有望从根源上解决多硫化物穿梭效应和金属负极稳定性问题，是未来技术突破的重要方向。
（4）成本驱动
1）金属原料和硫资源成本优势显著。锌、铝等金属价格相对稳定，硫作为石油工业副产品供应充足、价格低廉。铁-空气电池以铁为负极，原料成本极低，有望在大规模储能场景中形成显著的成本竞争力。
2）规模化效应带来的降本空间巨大。随着产业化进程加速，电芯制造、系统集成和空气管理系统的成本有望持续下降，进一步缩小与锂离子电池的成本差距。
（5）资本驱动
Form Energy完成大额融资、Lyten获卢森堡SNCI股权投资等案例表明资本市场对金属-空气/硫电池赛道的关注度持续提升。国内鹏辉能源、雄韬股份等上市公司在金属空气电池领域的布局动态也受到资本市场密切关注，多家产业链上市公司通过投资者互动平台披露布局进展。
4、发展趋势
（1）技术路线收敛与工程化突破
1）锌-空气电池将继续巩固消费电子基本盘并拓展备用电源场景。铁-空气电池在长时储能领域加速示范验证，百小时级项目进入实质性部署阶段，为长时储能提供了工程化验证范本。锂-硫电池有望在特种领域率先实现小批量应用，锂-空气电池仍需较长时间跨越工程化门槛。
2）技术路线的收敛并非意味着单一体系胜出，而是不同体系在各自优势场景中形成差异化定位。锌-空气聚焦小型电子设备，铁-空气聚焦长时储能，铝-空气聚焦备用电源，锂-硫聚焦特种应用，锂-空气作为远期战略储备，各体系在不同应用场景中发挥各自优势。
（2）新旧产业融合深化
1）金属-空气/硫电池与新能源汽车、新型电力系统、人工智能/数据中心、低空经济等领域的交叉融合将持续加深。谷歌在明尼苏达州数据中心部署铁空气电池储能系统，是金属-空气电池与AI基础设施融合的标志性事件，预示着算力基础设施与新型储能技术协同发展的新方向。
2）低空经济政策为锂-硫电池提供了先行验证窗口。2026年两会期间，全国人大代表建议鼓励发展高比能、高功率的飞行器动力电池，加速系列产品的研发与商业化。金属-空气/硫电池在低空经济领域的应用探索，是新旧产业融合的典型方向。
（3）区域分工格局固化
亚太主导制造与消费，北美主导长时储能技术创新与部署，欧洲主导锂-硫电池研发与航空应用，三大区域的差异化定位将进一步强化。中国在锌、铝等金属原料供应和电芯制造方面具有显著优势，北美在铁-空气电池和铝-空气电池的系统集成与商业化部署方面走在前列，欧洲在锂-硫电池的材料研发和制造能力方面占据主导地位。
（4）政策红利持续释放
随着“十五五”规划各项部署落地，标准体系、专项资金、产业链协同等配套政策有望逐步完善。金属-空气/硫电池已被纳入国家新一代电池体系前瞻布局，后续在研发资金支持、示范项目推广、标准制定等方面的政策工具值得期待，政策红利释放将为产业化提供重要推力。
（5）新场景持续涌现
除长时储能和数据中心备用电源外，金属-空气电池在极端环境（深海、极地、太空）的应用探索、柔性金属-空气电池在可穿戴设备中的应用前景、金属-空气电池在通信基站备用电源领域的规模化替代等，均为行业提供了多元化的增长路径。新场景的持续涌现是行业保持长期增长活力的重要保障。
5、行业主要壁垒分析
（1）技术壁垒
1）空气电极催化剂的性能与稳定性是首要技术壁垒。氧还原反应动力学缓慢是制约整体性能的关键因素，当前主要依赖铂基贵金属催化剂，成本高且耐久性不足。非贵金属催化剂的活性与稳定性之间的权衡问题尚未完全解决，是制约金属-空气电池规模化应用的核心技术瓶颈。
2）金属负极保护技术是另一核心壁垒。锌负极的自腐蚀和充电困难、铝负极的钝化和腐蚀、锂负极的枝晶生长等问题，均需要从材料设计和界面工程层面寻求突破。多硫化物穿梭效应的抑制策略仍处于实验室向工程化过渡阶段，在放大制备和长期稳定性方面面临挑战。
（2）产业链壁垒
上游高纯金属原料的供应稳定性是产业化的重要保障。空气电极关键材料（催化剂、气体扩散层、防水透气膜）的国产化程度和供应能力尚待提升。中游关键设备与材料的自主可控程度不足，金属-空气电池的制造工艺与锂离子电池差异较大，专用设备和工艺的成熟度较低，制约了规模化制造能力的形成。
（3）资金壁垒
长周期研发投入的资金需求巨大。金属-空气/硫电池从基础研究到工程化验证再到量产，周期长、不确定性高，需要持续的资金支持。中试与量产线建设的资本开支较高，且产业化早期的市场回报周期较长，对企业的资金实力和融资能力构成考验。
（4）人才壁垒
金属-空气/硫电池涉及电化学、材料科学、机械工程、系统集成等多学科交叉，复合型人才的培养周期长、供给不足。具备跨学科视野和工程化经验的领军人才尤为稀缺，是制约行业快速发展的重要因素。
（5）标准与认证壁垒
行业标准体系尚不完善，金属-空气/硫电池在性能测试方法、安全规范、循环寿命评价等方面缺乏统一标准，制约了产品的市场准入和规模化应用。国际电工委员会金属空气液流电池标准草案仍在推进中，标准体系的建设需要行业共同努力。
北京普华有策信息咨询有限公司《2026-2032年金属-空气/硫电池行业深度研究及趋势前景预判报告》