编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，美国国家科学院院士、斯坦福大学能源研究所主任崔屹发表了《新能源新材料未来发展前景》的主旨演讲。
谢谢主持人的介绍，抱歉，我不能到现场参加这个会议，就在线跟大家作一个报告。主题的就是“材料科技对碳中和的贡献”。这个报告我想分两部分，第一想跟大家讲一下斯坦福大学在碳中和上怎样组织教授和学生们进行科研攻关，大的背景就不用再重复了。
碳中和的重要行业可以分解为，电力电网是首要的，交通、工业、钢铁、水泥、化工农业有化肥、畜牧业，还有建筑这一块，可以分解成多个行业进行技术、政策以及各方面的考虑。但是到今天为止，还有很多的技术还没有发明，还没有合适的技术，刚才赵老师讲了Long duration energy storage，根据现状来说这是首要的，长时间储能，让太阳能、风能入网跟电网连接。第二更高能量密度、更低成本的电池是需要的，第三个碳捕捉以及去除、可持续燃料，能源系统的数字化、人工智能化对系统的集成，低碳钢、低碳水泥、重新发明塑料，还有核能，包括核聚变等等，这些都是非常重要的潜在技术需要发展。
在斯坦福大学过去的二十年投入很大，来支持可持续的发展，也建立了非常强大的生态系统，三百多位教授，一千多位博士生、博士后参与到能源、科学、技术、经济、政策的研究上，包括美国前政要多位国务卿部长、能源部长级别的人参与到这上面的攻关当中来，我作为能源研究所的主任，大概三年前开始任这个职位，所起的作用就是协调和组织整个大学的跨系的、跨学院的科研攻关。
建立这个能源研究所是组织所有的学校，每个系、每个学院都有自己的组织，我们就需要把大家组织起来，需要花点时间，斯坦福在这个上面做的不错。形成了整个生态系统，比特瓦特计划，大概五年前启动前的，让电网去碳化、储能启动计划，电池是最重要的一部分，包括长时间储能，包括电动汽车所用的电池，天然气启动计划，催化中心和材料中心，由美国能源部出资建立的。现在计划去碳启动计划，HYDROGEN氢气，以及可持续制造业，这些都很重要，还有技术的转移，斯坦福身在硅谷，可以说去年七八十年，斯坦福创立了这个硅谷，同时硅谷也哺育了斯坦福，过去十年斯坦福大学大概出了一百多个公司，就是跟能源相关的，还有全球的GLOBAL，最近我也把斯坦福大学还有国内的几所大学，我们想组织一个中美气候和能源的论坛，继续要保持很多的对话，这样合作起来才能达到碳中和，这个正在筹划当中。
跟大家分享一下斯坦福最近成立了可持续发展学院，里面很重要的一个就是左边这个叫斯坦福可持续发展加速器，大概四个月之前，斯坦福任命我为首任的主任，这里面就进行更加有目标性的科研攻关，以第一个为例，我们宣布了从大气当中把温室效应的去除，2050年之前能达到五十亿吨，甚至一百亿吨的级别，到底到什么样的规模化，现在是把学校内部教授学生的力量组织起来，还有跟外部的交流，无论是技术的、政策的，还是市场的、经济的，还有产业链的，要把这些东西研究清楚，最后达到这个目标，11月份、12月份的时候，会宣布新的三个针对人类可持续发展的大问题，把资源集中在上面进行科研攻关，能产生新的方案。
我自己一直是做纳米和材料科技的，第二部分给大家介绍一下，过去高能量密度的锂电池，成立了amprius公司，同时成立了4C Air公司，大概五年前成立了技术加速器公司，另外这个是储能公司，还有冷热布料的公司，还有水的公司，还有其他一系列的技术正在加速当中。今天时间比较短，分享一下，跟这个会议最有关系的，去碳化在交通行业，还有电网行业，这两大块是巨大的，大概18年前我进入斯坦福做教授的时候，刚开始做的就是高能量密度电池，是不是能把280瓦时每公斤到500甚至到1000瓦时每公斤，这需要新材料的介入，这个市场很大了。涉及到取代石墨，石墨是现有的集料，存储锂离子，能把硅负极、金属锂负极用好的，现在有10倍的单位质量储存量，这些新材料非常有意义能攻关下来。正极的磷酸铁锂也好、三元也好能不能用，硫也存储的锂离子量，是现有的这些金属氧化物的10倍，而且巨便宜，不受丰度的影响，这样可以达到高能量密度，而且价格会越来越便宜，我们实验室在这上面已经做了二十年了，沿着这条路走，对这个新材料的设计解决问题，比如硅负极，我们12代材料的设计，怎么样解决体积膨胀、破裂、界面不稳定的问题，整个学术界见证了过去15年、20年整个革命性的变化，新材料的变化，过去的石墨、三元、磷酸铁锂体积膨胀非常得小，新材料涉及到很大变化的时候，到底材料科学上应该怎么样设计，我们实验室在这上面做的，从最早的纳米线做到今天，到2008年我成立了Amprius公司，电池已经供给无人机，但生产成本还要再下降，这样可以大量进入电动汽车，硅负极很大的特点就是能够充电，6分钟可以充到80%，这是石墨做不到的，Amprius也把硅负极的技术推到了市场化的程度，去年9月22号在纽交所上市。大家看到全世界有不少的公司在做硅负极的科研攻关，把它产业化，我希望有更多的公司能把硅负极做成，这样会把电池能量密度基本上达到3倍的程度，这样500瓦时每公斤的电池会被产业化，对电动汽车的行业影响很大。
第二就是长时间储能，赵老师刚才也讲了，讲的是流体电池，我给大家分享一个新的电化学，背景就不讲了，里面一个是成本，一个是寿命要特别长，要不投入这么大的时候寿命不够，包括循环寿命，最好达到30年，最好达到一万一千次循环，三万次循环更好，一天可以充放三次。还有在特别冷、特别热的地方电池要能用，像锂电池现在都要装空调，热也不行，冷也不行，维护成本很高，还要很安全，着火爆炸时有发生，即使是磷酸铁锂一样着火爆炸，可循序性要好。大概五年前，我实验室发表了金属氢气电池，包括镍氢气、锰氢气，负极是氢气变水，正极是氢氧化镍变成镍氧氢氧化物，或者是锰变成二氧化锰，我们发明了一系列的，或者重新发明吧，因为镍氢气过去在航空航天存在，但是我们把价格做的很低，通过改变催化剂的形式，基本上可以达到三万次循环三十年的寿命，水溶液通过了最高的安全测试，UL的认证，绝对不会着火爆炸，不管对电池干什么都不会有安全事故。最近并到了EnerVenue这个公司，现在进行产业化，基本上接到了大概20亿美元的订单，这个市场反响特别好，现在正在建GWh的生产线，在中国、在美国、在全世界进行销售和产业化。
最后总结一下，刚才说的材料和纳米科技，对可持续发展是有很大的影响，就两个例子，高能量密度的电池，还有储能的电池。
政策与经济
京公网安备 11010802020613号
