編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來(lái)能源大會(huì)”在江蘇常州武進(jìn)召開(kāi)，本次大會(huì)由中國(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)能源研究所主任崔屹發(fā)表了《新能源新材料未來(lái)發(fā)展前景》的主旨演講。
以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。
謝謝主持人的介紹，抱歉，我不能到現(xiàn)場(chǎng)參加這個(gè)會(huì)議，就在線跟大家作一個(gè)報(bào)告。主題的就是“材料科技對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)”。這個(gè)報(bào)告我想分兩部分，第一想跟大家講一下斯坦福大學(xué)在碳中和上怎樣組織教授和學(xué)生們進(jìn)行科研攻關(guān)，大的背景就不用再重復(fù)了。
碳中和的重要行業(yè)可以分解為，電力電網(wǎng)是首要的，交通、工業(yè)、鋼鐵、水泥、化工農(nóng)業(yè)有化肥、畜牧業(yè)，還有建筑這一塊，可以分解成多個(gè)行業(yè)進(jìn)行技術(shù)、政策以及各方面的考慮。但是到今天為止，還有很多的技術(shù)還沒(méi)有發(fā)明，還沒(méi)有合適的技術(shù)，剛才趙老師講了Long duration energy storage，根據(jù)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)這是首要的，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，讓太陽(yáng)能、風(fēng)能入網(wǎng)跟電網(wǎng)連接。第二更高能量密度、更低成本的電池是需要的，第三個(gè)碳捕捉以及去除、可持續(xù)燃料，能源系統(tǒng)的數(shù)字化、人工智能化對(duì)系統(tǒng)的集成，低碳鋼、低碳水泥、重新發(fā)明塑料，還有核能，包括核聚變等等，這些都是非常重要的潛在技術(shù)需要發(fā)展。
在斯坦福大學(xué)過(guò)去的二十年投入很大，來(lái)支持可持續(xù)的發(fā)展，也建立了非常強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，三百多位教授，一千多位博士生、博士后參與到能源、科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策的研究上，包括美國(guó)前政要多位國(guó)務(wù)卿部長(zhǎng)、能源部長(zhǎng)級(jí)別的人參與到這上面的攻關(guān)當(dāng)中來(lái)，我作為能源研究所的主任，大概三年前開(kāi)始任這個(gè)職位，所起的作用就是協(xié)調(diào)和組織整個(gè)大學(xué)的跨系的、跨學(xué)院的科研攻關(guān)。
建立這個(gè)能源研究所是組織所有的學(xué)校，每個(gè)系、每個(gè)學(xué)院都有自己的組織，我們就需要把大家組織起來(lái)，需要花點(diǎn)時(shí)間，斯坦福在這個(gè)上面做的不錯(cuò)。形成了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，比特瓦特計(jì)劃，大概五年前啟動(dòng)前的，讓電網(wǎng)去碳化、儲(chǔ)能啟動(dòng)計(jì)劃，電池是最重要的一部分，包括長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，包括電動(dòng)汽車(chē)所用的電池，天然氣啟動(dòng)計(jì)劃，催化中心和材料中心，由美國(guó)能源部出資建立的?，F(xiàn)在計(jì)劃去碳啟動(dòng)計(jì)劃，HYDROGEN氫氣，以及可持續(xù)制造業(yè)，這些都很重要，還有技術(shù)的轉(zhuǎn)移，斯坦福身在硅谷，可以說(shuō)去年七八十年，斯坦福創(chuàng)立了這個(gè)硅谷，同時(shí)硅谷也哺育了斯坦福，過(guò)去十年斯坦福大學(xué)大概出了一百多個(gè)公司，就是跟能源相關(guān)的，還有全球的GLOBAL，最近我也把斯坦福大學(xué)還有國(guó)內(nèi)的幾所大學(xué)，我們想組織一個(gè)中美氣候和能源的論壇，繼續(xù)要保持很多的對(duì)話，這樣合作起來(lái)才能達(dá)到碳中和，這個(gè)正在籌劃當(dāng)中。
跟大家分享一下斯坦福最近成立了可持續(xù)發(fā)展學(xué)院，里面很重要的一個(gè)就是左邊這個(gè)叫斯坦福可持續(xù)發(fā)展加速器，大概四個(gè)月之前，斯坦福任命我為首任的主任，這里面就進(jìn)行更加有目標(biāo)性的科研攻關(guān)，以第一個(gè)為例，我們宣布了從大氣當(dāng)中把溫室效應(yīng)的去除，2050年之前能達(dá)到五十億噸，甚至一百億噸的級(jí)別，到底到什么樣的規(guī)?；?，現(xiàn)在是把學(xué)校內(nèi)部教授學(xué)生的力量組織起來(lái)，還有跟外部的交流，無(wú)論是技術(shù)的、政策的，還是市場(chǎng)的、經(jīng)濟(jì)的，還有產(chǎn)業(yè)鏈的，要把這些東西研究清楚，最后達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，11月份、12月份的時(shí)候，會(huì)宣布新的三個(gè)針對(duì)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)題，把資源集中在上面進(jìn)行科研攻關(guān)，能產(chǎn)生新的方案。
我自己一直是做納米和材料科技的，第二部分給大家介紹一下，過(guò)去高能量密度的鋰電池，成立了amprius公司，同時(shí)成立了4C Air公司，大概五年前成立了技術(shù)加速器公司，另外這個(gè)是儲(chǔ)能公司，還有冷熱布料的公司，還有水的公司，還有其他一系列的技術(shù)正在加速當(dāng)中。今天時(shí)間比較短，分享一下，跟這個(gè)會(huì)議最有關(guān)系的，去碳化在交通行業(yè)，還有電網(wǎng)行業(yè)，這兩大塊是巨大的，大概18年前我進(jìn)入斯坦福做教授的時(shí)候，剛開(kāi)始做的就是高能量密度電池，是不是能把280瓦時(shí)每公斤到500甚至到1000瓦時(shí)每公斤，這需要新材料的介入，這個(gè)市場(chǎng)很大了。涉及到取代石墨，石墨是現(xiàn)有的集料，存儲(chǔ)鋰離子，能把硅負(fù)極、金屬鋰負(fù)極用好的，現(xiàn)在有10倍的單位質(zhì)量?jī)?chǔ)存量，這些新材料非常有意義能攻關(guān)下來(lái)。正極的磷酸鐵鋰也好、三元也好能不能用，硫也存儲(chǔ)的鋰離子量，是現(xiàn)有的這些金屬氧化物的10倍，而且巨便宜，不受豐度的影響，這樣可以達(dá)到高能量密度，而且價(jià)格會(huì)越來(lái)越便宜，我們實(shí)驗(yàn)室在這上面已經(jīng)做了二十年了，沿著這條路走，對(duì)這個(gè)新材料的設(shè)計(jì)解決問(wèn)題，比如硅負(fù)極，我們12代材料的設(shè)計(jì)，怎么樣解決體積膨脹、破裂、界面不穩(wěn)定的問(wèn)題，整個(gè)學(xué)術(shù)界見(jiàn)證了過(guò)去15年、20年整個(gè)革命性的變化，新材料的變化，過(guò)去的石墨、三元、磷酸鐵鋰體積膨脹非常得小，新材料涉及到很大變化的時(shí)候，到底材料科學(xué)上應(yīng)該怎么樣設(shè)計(jì)，我們實(shí)驗(yàn)室在這上面做的，從最早的納米線做到今天，到2008年我成立了Amprius公司，電池已經(jīng)供給無(wú)人機(jī)，但生產(chǎn)成本還要再下降，這樣可以大量進(jìn)入電動(dòng)汽車(chē)，硅負(fù)極很大的特點(diǎn)就是能夠充電，6分鐘可以充到80%，這是石墨做不到的，Amprius也把硅負(fù)極的技術(shù)推到了市場(chǎng)化的程度，去年9月22號(hào)在紐交所上市。大家看到全世界有不少的公司在做硅負(fù)極的科研攻關(guān)，把它產(chǎn)業(yè)化，我希望有更多的公司能把硅負(fù)極做成，這樣會(huì)把電池能量密度基本上達(dá)到3倍的程度，這樣500瓦時(shí)每公斤的電池會(huì)被產(chǎn)業(yè)化，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的行業(yè)影響很大。
第二就是長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，趙老師剛才也講了，講的是流體電池，我給大家分享一個(gè)新的電化學(xué)，背景就不講了，里面一個(gè)是成本，一個(gè)是壽命要特別長(zhǎng)，要不投入這么大的時(shí)候壽命不夠，包括循環(huán)壽命，最好達(dá)到30年，最好達(dá)到一萬(wàn)一千次循環(huán)，三萬(wàn)次循環(huán)更好，一天可以充放三次。還有在特別冷、特別熱的地方電池要能用，像鋰電池現(xiàn)在都要裝空調(diào)，熱也不行，冷也不行，維護(hù)成本很高，還要很安全，著火爆炸時(shí)有發(fā)生，即使是磷酸鐵鋰一樣著火爆炸，可循序性要好。大概五年前，我實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了金屬氫氣電池，包括鎳氫氣、錳氫氣，負(fù)極是氫氣變水，正極是氫氧化鎳變成鎳氧氫氧化物，或者是錳變成二氧化錳，我們發(fā)明了一系列的，或者重新發(fā)明吧，因?yàn)殒嚉錃膺^(guò)去在航空航天存在，但是我們把價(jià)格做的很低，通過(guò)改變催化劑的形式，基本上可以達(dá)到三萬(wàn)次循環(huán)三十年的壽命，水溶液通過(guò)了最高的安全測(cè)試，UL的認(rèn)證，絕對(duì)不會(huì)著火爆炸，不管對(duì)電池干什么都不會(huì)有安全事故。最近并到了EnerVenue這個(gè)公司，現(xiàn)在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，基本上接到了大概20億美元的訂單，這個(gè)市場(chǎng)反響特別好，現(xiàn)在正在建GWh的生產(chǎn)線，在中國(guó)、在美國(guó)、在全世界進(jìn)行銷(xiāo)售和產(chǎn)業(yè)化。
最后總結(jié)一下，剛才說(shuō)的材料和納米科技，對(duì)可持續(xù)發(fā)展是有很大的影響，就兩個(gè)例子，高能量密度的電池，還有儲(chǔ)能的電池。
政策與經(jīng)濟(jì)
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