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[科技] 美国为何错过了电池革命？

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玫瑰水手 发表于 2024-8-4 19:49:23 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
美国正在史上首次错过一个重大的技术革命：电池。电池是正在进行的技术革命的一部分：用电力取代控制燃烧作为人类生产能源和移动能源的主要方式。电池的关键优势是可以储存能量，移动能量，然后释放能量。它们是使得能量在时间和空间中移动的一种方式。
当你看到由电池供能的炉子在几秒钟内烧开一锅水，你就应该意识到，世界已经改变了。
短短几年前，这种魔法还是不可能的——电池的功率密度不够。近些年，这项技术一直在突飞猛进。这就是为什么你会看到电池驱动的无人机突然占领现代战场，电动自行车改变公共交通，中国的汽车企业征服汽车工业。这就是为什么你会看到太阳能突然变得平稳而可靠，为什么你的手机可以全天运行而不需要充电。而这些还只是开始，因为电池技术仍在根本上发生迅速改进。
美国政府似乎也有点措手不及。奥巴马确实支持了一些电池公司（包括特斯拉！），但从未有过任何大规模的政府行动推动更好的电池出现，就像对基因测序、水力压裂甚至太阳能的推动一样。当你去了解锂离子电池技术进步的历史时，你会发现它只是一个分散的网络，由英国和日本的大学研究人员——以及埃克森美孚公司——创造了使这项革命成为可能的化学原理。关键的发现发生在上世纪70年代、80年代和90年代——但一直到2000年代，美国政府的研究才开始做出一些重要贡献，美国政策才开始支持电池的商业化。
美国错过的第一个重大技术革命
美国媒体和美国政府都未能预见到电池革命，这件事在历史上太过异常。在任何其他重大技术革命上，美国都非常早地参与其中：推动关键的研究和开发，在技术商业化之前就大肆宣传这项技术，并在早期商业化方面做出了重大努力。这里有很多例子：
计算机：美国参与计算机革命中非常早，包括技术、理论和应用。它在1940年代生产了第一台数字电子计算机和第一台现代计算机。美国的国防机构很早就认识到计算的重要性，并多年来一直支持它。没有其他国家在推进计算技术或商业化计算机方面做得像美国这么多。
太空：美国和苏联在二战后都认识到了太空和火箭技术的潜在重要性，但苏联在该领域的大力推动使其首先进入太空。美国做出了大量的——最终也是成功的努力——来迎头赶上并超越其竞争对手，至今仍主导着太空产业和太空创新。
核能：在1950年代左右，美国和苏联同时开始发展核能。两国都大力宣传这项技术，并向建造和改进核反应堆投入了大量政府资金。
半导体：美国发明了半导体，并很快认识到其在民用计算和军事武器方面的潜在应用的重要性。美国还发明了微处理器、极紫外光刻等与半导体相关的大多数核心技术——这个过程始终得到政府的大力支持。尽管近年来中国台湾在半导体制造方面的主导地位备受关注，但美国在研究、设计以及许多关键领域的工具制造和软件方面仍然处于领先地位。
太阳能：美国很早就意识到太阳能将取代化石燃料。卡特政府大力推广这项技术（著名的例子是，在白宫安装太阳能电池板）。美国政府资助的研究是推动太阳能成本下降的主要力量，直到21世纪中期。
互联网：美国发明并/或资助了互联网的所有关键技术，直到2010年代。它构建了大部分关键的互联网基础设施。对互联网潜力关注几十年来一直都非常高，美国政策制定者以远见卓识的法律支持该行业的发展。
水力压裂：美国政府自1970年代以来大力资助并支持水力压裂技术的发展，美国至今仍在这项技术方面占据绝对主导地位。
遗传学：美国从一开始就推广遗传学研究，进行了许多基本的发现工作，并资助了著名的人类基因组计划，开启了生物技术的革命。美国还率先开发了mRNA疫苗和许多其他生物技术突破，同样得到了有远见的政府和行业支持。
人工智能：现代人工智能的基本技术是在美国发明的，得到了大公司（尤其是谷歌）的极具远见的投资和美国政府的大力支持。美国政策始终迅速行动，确保美国在该领域处于领先地位。
换句话说，美国几乎总是预见到每一次技术革命，通过有远见的政府和行业行动支持，发明了许多关键技术，创新了许多关键产品，并至少尝试通过美国公司商业化该技术。这绝对是常态。
但对于电池，美国只做了这些步骤中的一部分。电池的潜力似乎没有被美国媒体或政府提前几十年广泛预见。电池技术得到了一些支持，但不是很多。一些关键的发明是在美国完成的，但更多的在日本和英国完成，关键产品在日本成功创新和商业化。
近年来，中国抓住了电池技术的领先地位，比世界其他国家更快地实现经济电气化：
美国为何错过了电池革命？ 第1张图片


来源：RMI

中国正在推动电池突破边界。中国领先的电池公司宁德时代发明了一种新型的半固态锂离子电池，足以为飞机提供动力。中国还在发明第一种商业上可行的固态电池，同时也有其他各种尖端前沿电池技术研发。
那么，为什么美国没有预见到这一场技术革命，而抓住了所有其他的技术革命机会呢？关于这个问题，我的读者提供了一些有见地的讨论，我在这里做一下总结：
假设1：供应链
第一个假设，由格伦·卢克（Glenn Luk）等人提出，是电池创新来自供应链。电池制造由中国主导，因为它是一个低利润率、资本密集、严重污染的行业。中国不仅主导着制造电池所需组件和材料的上游初级行业——石墨开采和加工、锂加工等，还主导着使用大量电池的下游电子行业——消费电子、无人机，现在是电动汽车。这些因素可能帮助中国在电池领域比美国更快地进行创新。
当你控制着为电池提供原料的上游行业时，你能够获得更便宜的投入。这允许更快的迭代和更便宜的实验。
当你控制电池制造本身时，你有很多知识渊博的电池工程师和科学家，思考如何使电池变得更好。你也有像宁德时代这样的大型主导公司，它们有动机投资于基础电池研发。
当你控制使用电池的下游电子行业时，你会更快更好地了解哪些电池技术突破最有用。这有助于引导创新的方向。
“供应链”假设解释了为什么中国目前在电池领域比美国创新得更快，但这不能解释为什么在1980年代和1990年代电池技术商业化之前，美国没有对此给予足够的关注。上述所有观点对太阳能也同样适用。
此外，美国长期以来在手机和笔记本电脑的设计方面占据主导地位，这些是使用电池的一些最重要的下游行业。多年来，由于特斯拉的存在，美国在电动汽车制造方面也占据主导地位。值得一问的一个问题是，为什么这没有给美国更多的机会来引导电池创新？
假设2：政治和行业反对
马特·伊格莱西亚斯（Matt Yglesias）提到，共和党在奥巴马时代阻止了美国在电池行业进行大规模推动。一般来说，美国人会把所有事情变成文化战争，而且确实似乎有很多来自右派的电池怀疑论：
美国为何错过了电池革命？ 第2张图片

（在硅谷，创新失败是常事，但是在政府项目中，失败的投资，会遭到政治对手的攻击，闹成政治事件。）

许多人还提到了来自石油公司的反对。石油公司确实试图阻止电动汽车的采用，这可能在一定程度上阻碍了重要的下游行业的发展。但我找不到这些公司是否也试图阻止电池研究的信息。
无论如何，来自共和党和石油公司的反对算得上是一种解释，但有理由怀疑这是否是完整的解释。首先，能源部、美国国家科学基金会和其他政府资助机构既不是党派共和党，也不受大石油公司的影响。美国的主要报纸、电视台和其他媒体也是如此。然而，这些机构对电池也没有该有的兴奋度。
此外，共和党和石油公司对太阳能的反对可能更强烈，但这并没有阻止美国的作家、研究人员、工程师和官僚对太阳能保持了几十年的强烈兴趣。
值得注意的是，尽管共和党占据主导地位，石油工业存在强大影响力，德克萨斯州仍在电池储存方面领先——甚至超过了加利福尼亚：
美国为何错过了电池革命？ 第3张图片

来源：Cleanview这可能代表了10年或20年前的转变，但我表示怀疑。
假设3：一些糟糕的赌注和一些不公平的竞争
围绕美国在电池工业的困难都围绕着A123系统的故事展开。这是马萨诸塞州一个电池初创公司，曾经得到美国政府的大量支持，但最终失败了——在2012年被一家中国公司收购。Impulse的Sam D'Amico（那个制造超级动力电池炉子的家伙）认为，A123的失败是中国取得领先的关键：
美国为何错过了电池革命？ 第4张图片


（文字翻译：美国曾经通过A123公司拥有国内的磷酸铁锂（LFP）电池生产能力，但当时唯一的大客户是菲斯克（Fisker），而菲斯克最终失败了。中国的私募股权交易收购了大部分关键技术，以国内制造商的混合动力汽车作为近期商业化目标。这个策略奏效了，电池尺寸开始增大，能量密度大幅提升，磷酸铁锂电芯到电池包设计，如刀片电池，开始能够与使用较小的NCA和NMC三元圆柱电池的电池包竞争。特斯拉使用较小的三元圆柱电池实现了电动汽车的规模化生产，而通用/LG/三星则押注于软包（相对于圆柱或方形外壳）三元电池。前者的设计在电池包层面上比"将方形电池放入盒子"面临更艰巨的机械和制造工程挑战。）美国能源部贷款项目办公室主任Jigar Shah认为，技术“盗窃”是A123失败的另一个关键原因：
美国为何错过了电池革命？ 第5张图片


他还指出，就像在太阳能领域一样，中国补贴其生产商以低于成本的价格生产电池和电动汽车，这使得其他国家的公司很难留在这些市场中：
美国为何错过了电池革命？ 第6张图片


还有一个在美国发明的尖端电池技术，美国能源部将其授权许可给了中国——这给试图使用它的美国初创公司设置了障碍，却加强了中国的产业。
这些例子都有助于解释中国如何在电池及相关技术方面取得领先地位，但它们并没有真正解释：
为什么美国在电池研究方面的协同努力起步这么晚，
为什么这些努力仍然只是勉强得到了资金，
为什么媒体和科学界普遍没有预见到电池会成为多大规模的行业。
文章节选自作者的的一篇文章，个别地方做出改动。


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