[电池完全征服]①美国石油财阀如何成为二次电池之母

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“爷爷，第二次石油危机是什么时候来着？爷爷肯定记得一清二楚吧？”这是在2022年大受欢迎的网飞（Netflix）电视剧《财阀家的小儿子》中，长孙 Jin Seongjun 为了让爷爷、会长 Jin Yangcheol 陷入窘境而抛出的提问。他想在众人面前暴露 Jin 会长出现谵妄症状。这一时期只要是企业家，不可能不知道在20世纪70年代席卷全球的第一次、第二次石油危机（石油冲击）的确切年份。手足无措的 Jin 会长在小孙子 Jin Dojun 的帮助下才化险为夷。

1973年的第一次石油危机和1979年的第二次石油危机导致全球石油价格暴涨。不仅韩国，主要发达国家经济也受到重创。20世纪70年代席卷全球的石油危机彻底改变了人们对化石燃料的认知。对“也许有一天再也无法随意获得石油”的模糊恐惧，催生了对替代能源的研究，电池也是其中之一。

照片由 JTBC《财阀家的小儿子》播出画面截图

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第一次石油危机是第四次中东战争的产物。在此前三次战争中败给以色列的埃及等阿拉伯国家于1973年10月6日再次向以色列发动攻击。战争初期阿拉伯国家占据上风，但很快美国等西方国家支援以色列，战局逆转。对此不满的阿拉伯产油国突然宣布提高原油价格、减产，并禁止向支援以色列的国家出口石油。

在其冲击下，石油价格暴涨了4倍。战争前每桶2.9美元的原油挂牌价，到1974年1月飙升至11.6美元。第一次石油危机期间，美国人为了给汽车加油不得不在加油站大排长队。长期依靠廉价石油实现高速增长的发达国家经济遭受重创。1974年，主要发达国家经历了两位数物价上涨与经济负增长叠加的滞胀（Stagflation）。大约5年后的1979年，伊朗再次中断石油出口，第二次石油危机爆发，世界经济再度遭到冲击。

经过两次石油危机，政治家和企业家对石油的观念从根本上被动摇。美国等西方国家将确保稳定原油供应置于外交首要位置，由此国际局势剧烈震荡。

人们对能源的警觉性也随之提高，对替代能源的关注急剧升温。出于“如果将来无法轻易获得石油怎么办”的恐惧，各方开始寻找替代方案。对电池的研究也是从这一时期开始呈爆发式增长。

电池并非此前不存在，但远未达到可以替代石油的水平。科学家们看中了电池作为能源储存手段的潜力。在经历石油冲击的石油危机后，巨额资本开始对电池表现出浓厚兴趣并给予支持，电池技术由此迅速发展。从目前广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等小型家电，到电动汽车和航空领域的锂离子电池，正是在这种恐惧与巨变的漩涡中诞生的。

“锂离子电池被广泛应用于我们用来沟通、工作、学习、听音乐和获取知识的便携式设备。锂离子电池还使得我们能够储存来自太阳能和风能的可再生能源，并得以开发可以长途行驶的电动汽车。锂离子电池的基础是在20世纪70年代石油危机期间奠定的。”

这是2019年10月，瑞典皇家科学院诺贝尔委员会在宣布将诺贝尔化学奖授予美国得克萨斯大学教授 John Goodenough（1922.7.25~2023.6.25）、纽约州立大学宾厄姆顿校区教授 Stanley Whittingham（1941.12.22~）以及日本名城大学教授 Yoshino Akira（1948.1.30~）三人时所作的说明。诺贝尔化学奖得主名单公布后，化学界一片欢腾。考虑到锂离子电池在改变人类生活方面丝毫不逊于半导体，舆论认为，这些人获奖可谓实至名归。

诺贝尔委员会尤其关注石油危机与锂离子电池之间的关联。Stanley Whittingham 教授在石油企业埃克森美孚担任研究员期间取得了奠定锂离子电池基石的研究成果，这绝非偶然。

Stanley Whittingham教授。瑞典诺贝尔委员会提供

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Whittingham 教授是发现锂离子电池基本工作原理——“嵌入（插层，intercalation）层状结构”的人物。这项研究成果出自他在石油公司埃克森美孚担任研究员期间。具有讽刺意味的是，替代石油的技术竟由石油公司里的研究人员发现。如果没有20世纪70年代席卷全球的石油冲击，他的研究成果或许早已湮没无闻。

英国出身的 Whittingham 教授在牛津大学取得化学博士学位。此后赴美，在斯坦福大学完成博士后课程后，于1972年9月进入 Esso（现为埃克森美孚）担任研究员。当时 Esso 专注于超导体研究。所谓超导体，是电阻接近“0”的物质。利用这种物质可以无损传输能量，因此被称为“梦想中的材料”。

在研究超导体的过程中，Whittingham 教授发现，可以向某些金属的晶格状原子结构中嵌入离子，并再次将其抽出。他将这一现象称为嵌入（插层，intercalation）。Whittingham 教授意识到，利用嵌入反应可以储存能量，于是立即着手电池研究。在对多种物质进行实验的过程中，他在正极采用二硫化钛、负极采用金属锂，成功制成了可以产生2.4伏电压并可反复充电的电池。

他立即向公司报告了这一发现。大约一个月后，总部将他召回，Whittingham 教授在董事会小委员会上出席并说明了研究结果。之后一切进展迅速而果断。埃克森企业研究所命令他在一个月内组建团队，进一步推进研究成果。1973年，埃克森在比利时提交了与此相关的第一项专利。1973年石油冲击爆发后，埃克森动作更加频繁，到1975年为止，已注册了大量专利。

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身为石油公司的埃克森美孚，却对与石油构成竞争关系的电池技术进行如此迅速而大胆的投资，乍看之下令人难以理解。其中主要有两大背景因素：一是20世纪60年代在科学界广泛流行的石油枯竭论，二是前文提到的第一次石油危机。二者的共同点，都是对“没有石油”的恐惧。

Whittingham 教授在2021年由 Choi Jonghyun Academy 举办的研讨会上回忆称：“Esso 在1972年就决定摆脱石油化工企业的定位，转型为综合能源公司，谋求发展为燃料电池和光伏电池企业。”他的解释是，公司以开展堪比贝尔实验室规模的科学技术研发活动为目标，开始进行超导体研究，而锂离子电池正是从这项研究中诞生的。也就是说，在研究可以替代化石燃料的能源过程中，锂离子电池应运而生。

基于 Whittingham 教授的研究成果，埃克森美孚在石油危机正酣的1977年芝加哥车展上，展出了其自主开发的锂离子电池。这种电池长10厘米、宽2.5厘米、高15厘米，利用它可以在一周时间里反复点亮和熄灭摩托车前灯。更早之前的1976年，埃克森美孚还制作了由锂离子电池和光伏电池驱动的手表，并作为赠品送给客户公司。

埃克森美孚在1977年芝加哥汽车博览会上展示的锂离子电池。出处：IEEE，2012年，Stanley Whittingham《History, Evolution, and Future Status of Energy Storage》

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事实上，在石油危机爆发之前，石油公司就已经开始为石油枯竭做准备。石油枯竭论自20世纪50至60年代起便是学界与石油业界争论的焦点。点燃石油枯竭论导火索的，是另一家石油公司壳牌的研究员、美国地质学家 King Hubbert。他在1956年对美国国内石油产量进行推算后提出，“美国石油产量将在20世纪70年代初达到峰值，此后将逐渐减少”的“石油峰值论（Peak Oil）”。

这一研究结果很快成为全球争论焦点。石油峰值论是基于对各油井石油生产速度的观测而建立的模型，在当时被视为极具科学性的研究成果。用于预测石油生产峰值的模型被称为“Hubbert 曲线（Hubbert's Curve）”，至今仍在经济学中发挥重要作用。

巧合的是，近期人们对电池的关注度迅速上升，同样与石油价格密切相关。新冠疫情暴发后一路缓慢上涨的油价突破每桶100美元大关，引发了对电动汽车的爆发性关注。

2020年初，新冠疫情在中国被发现后迅速蔓延全球，国际原油价格随之暴跌。由于预期经济活动将陷入停滞，原油在期货市场一度出现负价格交易。疫情前每桶约60美元的西德克萨斯中质原油（WTI），在2020年4月骤然跌至每桶-30美元区间。随着疫情导致居家办公常态化，需求急剧萎缩，这是主要原因。

但这一状况仅维持了不久。供应链瓶颈出现后，原油价格迅速回升。2022年2月乌克兰战争爆发，油价瞬间突破每桶100美元，最高触及130美元。市场上甚至出现了“第三次石油危机可能到来”的论调。

油价飙升，消费者纷纷将目光转向电动汽车。经历新冠疫情后，人们对气候危机和环境问题的关注不断提高，叠加石油价格的暴涨，电动汽车销量随之爆发式增长。2020年全球电动汽车销量为222万356辆，2021年增至477万8317辆，2022年则陡增至802万555辆（SNE Research 统计），年增长率高达115.2%。考虑到2022年全球汽车销量为8063万1101辆（LMC Automotive 统计），可以说，当年售出的每10辆汽车中就有1辆是电动汽车。

在电动汽车销量爆发式增长的推动下，除特斯拉之外，传统内燃机车企也争相进军电动汽车市场。搭载于电动汽车的锂离子电池因此备受关注。

<参考书目>

- Stanley Whittingham，《Long Hard Road: The Lithium-Ion Battery and the Electric Car》

- Choi Jonghyun Academy（Stanley Whittingham、Gerbrand Ceder、Kang Kisuk、Choi Jangwook）《电池的未来》

- 瑞典皇家科学院诺贝尔委员会官方网站