編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上，美國國家科學院院士、斯坦福大學能源研究所主任崔屹發表了《新能源新材料未來發展前景》的主旨演講。
謝謝主持人的介紹，抱歉，我不能到現場參加這個會議，就在線跟大家作一個報告。主題的就是“材料科技對碳中和的貢獻”。這個報告我想分兩部分，第一想跟大家講一下斯坦福大學在碳中和上怎樣組織教授和學生們進行科研攻關，大的背景就不用再重復了。
碳中和的重要行業可以分解為，電力電網是首要的，交通、工業、鋼鐵、水泥、化工農業有化肥、畜牧業，還有建筑這一塊，可以分解成多個行業進行技術、政策以及各方面的考慮。但是到今天為止，還有很多的技術還沒有發明，還沒有合適的技術，剛才趙老師講了Long duration energy storage，根據現狀來說這是首要的，長時間儲能，讓太陽能、風能入網跟電網連接。第二更高能量密度、更低成本的電池是需要的，第三個碳捕捉以及去除、可持續燃料，能源系統的數字化、人工智能化對系統的集成，低碳鋼、低碳水泥、重新發明塑料，還有核能，包括核聚變等等，這些都是非常重要的潛在技術需要發展。
在斯坦福大學過去的二十年投入很大，來支持可持續的發展，也建立了非常強大的生態系統，三百多位教授，一千多位博士生、博士后參與到能源、科學、技術、經濟、政策的研究上，包括美國前政要多位國務卿部長、能源部長級別的人參與到這上面的攻關當中來，我作為能源研究所的主任，大概三年前開始任這個職位，所起的作用就是協調和組織整個大學的跨系的、跨學院的科研攻關。
建立這個能源研究所是組織所有的學校，每個系、每個學院都有自己的組織，我們就需要把大家組織起來，需要花點時間，斯坦福在這個上面做的不錯。形成了整個生態系統，比特瓦特計劃，大概五年前啟動前的，讓電網去碳化、儲能啟動計劃，電池是最重要的一部分，包括長時間儲能，包括電動汽車所用的電池，天然氣啟動計劃，催化中心和材料中心，由美國能源部出資建立的。現在計劃去碳啟動計劃，HYDROGEN氫氣，以及可持續制造業，這些都很重要，還有技術的轉移，斯坦福身在硅谷，可以說去年七八十年，斯坦福創立了這個硅谷，同時硅谷也哺育了斯坦福，過去十年斯坦福大學大概出了一百多個公司，就是跟能源相關的，還有全球的GLOBAL，最近我也把斯坦福大學還有國內的幾所大學，我們想組織一個中美氣候和能源的論壇，繼續要保持很多的對話，這樣合作起來才能達到碳中和，這個正在籌劃當中。
跟大家分享一下斯坦福最近成立了可持續發展學院，里面很重要的一個就是左邊這個叫斯坦福可持續發展加速器，大概四個月之前，斯坦福任命我為首任的主任，這里面就進行更加有目標性的科研攻關，以第一個為例，我們宣布了從大氣當中把溫室效應的去除，2050年之前能達到五十億噸，甚至一百億噸的級別，到底到什么樣的規?；?，現在是把學校內部教授學生的力量組織起來，還有跟外部的交流，無論是技術的、政策的，還是市場的、經濟的，還有產業鏈的，要把這些東西研究清楚，最后達到這個目標，11月份、12月份的時候，會宣布新的三個針對人類可持續發展的大問題，把資源集中在上面進行科研攻關，能產生新的方案。
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，過去高能量密度的鋰電池，成立了amprius公司，同時成立了4C Air公司，大概五年前成立了技術加速器公司，另外這個是儲能公司，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正在加速當中。今天時間比較短，分享一下，跟這個會議最有關系的，去碳化在交通行業，還有電網行業，這兩大塊是巨大的，大概18年前我進入斯坦福做教授的時候，剛開始做的就是高能量密度電池，是不是能把280瓦時每公斤到500甚至到1000瓦時每公斤，這需要新材料的介入，這個市場很大了。涉及到取代石墨，石墨是現有的集料，存儲鋰離子，能把硅負極、金屬鋰負極用好的，現在有10倍的單位質量儲存量，這些新材料非常有意義能攻關下來。正極的磷酸鐵鋰也好、三元也好能不能用，硫也存儲的鋰離子量，是現有的這些金屬氧化物的10倍，而且巨便宜，不受豐度的影響，這樣可以達到高能量密度，而且價格會越來越便宜，我們實驗室在這上面已經做了二十年了，沿著這條路走，對這個新材料的設計解決問題，比如硅負極，我們12代材料的設計，怎么樣解決體積膨脹、破裂、界面不穩定的問題，整個學術界見證了過去15年、20年整個革命性的變化，新材料的變化，過去的石墨、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候，到底材料科學上應該怎么樣設計，我們實驗室在這上面做的，從最早的納米線做到今天，到2008年我成立了Amprius公司，電池已經供給無人機，但生產成本還要再下降，這樣可以大量進入電動汽車，硅負極很大的特點就是能夠充電，6分鐘可以充到80%，這是石墨做不到的，Amprius也把硅負極的技術推到了市場化的程度，去年9月22號在紐交所上市。大家看到全世界有不少的公司在做硅負極的科研攻關，把它產業化，我希望有更多的公司能把硅負極做成，這樣會把電池能量密度基本上達到3倍的程度，這樣500瓦時每公斤的電池會被產業化，對電動汽車的行業影響很大。
第二就是長時間儲能，趙老師剛才也講了，講的是流體電池，我給大家分享一個新的電化學，背景就不講了，里面一個是成本，一個是壽命要特別長，要不投入這么大的時候壽命不夠，包括循環壽命，最好達到30年，最好達到一萬一千次循環，三萬次循環更好，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，像鋰電池現在都要裝空調，熱也不行，冷也不行，維護成本很高，還要很安全，著火爆炸時有發生，即使是磷酸鐵鋰一樣著火爆炸，可循序性要好。大概五年前，我實驗室發表了金屬氫氣電池，包括鎳氫氣、錳氫氣，負極是氫氣變水，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，我們發明了一系列的，或者重新發明吧，因為鎳氫氣過去在航空航天存在，但是我們把價格做的很低，通過改變催化劑的形式，基本上可以達到三萬次循環三十年的壽命，水溶液通過了最高的安全測試，UL的認證，絕對不會著火爆炸，不管對電池干什么都不會有安全事故。最近并到了EnerVenue這個公司，現在進行產業化，基本上接到了大概20億美元的訂單，這個市場反響特別好，現在正在建GWh的生產線，在中國、在美國、在全世界進行銷售和產業化。
最后總結一下，剛才說的材料和納米科技，對可持續發展是有很大的影響，就兩個例子，高能量密度的電池，還有儲能的電池。
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