王 朔，周 格，禹習(xí)謙，李 泓

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儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域發(fā)表文章和專利概覽綜述

王 朔1，周 格2，禹習(xí)謙2，李 泓2

（1云南大學(xué)，云南昆明 650500；2中國(guó)科學(xué)院物理研究所，北京 100190）

能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題制約著社會(huì)發(fā)展與人類進(jìn)步，新型可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)利用是解決能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題行之有效的途徑，先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)在可再生清潔能源的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。基于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的重要性，文章簡(jiǎn)略介紹了各種先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)，并結(jié)合Web of Science搜索引擎，從科技論文發(fā)表的年份、國(guó)家/地區(qū)、機(jī)構(gòu)和專利等角度，對(duì)各種先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索統(tǒng)計(jì)，分析其發(fā)展趨勢(shì)。在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池、超級(jí)電容器、鈉離子電池、飛輪、超導(dǎo)磁儲(chǔ)存、固態(tài)電池等基礎(chǔ)研究方向比較活躍；鋰離子電池、飛輪、超級(jí)電容器、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛酸電池等則在技術(shù)開(kāi)發(fā)方向比較突出。

儲(chǔ)能技術(shù)；專利；科技論文；統(tǒng)計(jì)

開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)能源和先進(jìn)能源技術(shù)決定著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展方向。自2015年以來(lái)，中國(guó)煤炭使用量出現(xiàn)了十幾年來(lái)的首次下降，美國(guó)頁(yè)巖氣企業(yè)的部分油井出現(xiàn)虧損，同時(shí)國(guó)際油價(jià)持續(xù)波動(dòng)下跌。當(dāng)今全球能源格局呈現(xiàn)出以煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源為主導(dǎo)的趨勢(shì)，但傳統(tǒng)能源在環(huán)境和資源的壓 力下，發(fā)展趨勢(shì)受到限制，新能源和先進(jìn)能源技術(shù)在時(shí)代的要求和政策的支持下，得以迅猛發(fā)展，其中水電一直是清潔能源發(fā)展的重點(diǎn)之一，太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等清潔能源齊頭并進(jìn)，高速發(fā)展[1]。圖1為不同地區(qū)可再生能源產(chǎn)出量。圖中的可再生能源產(chǎn)出量和占比都處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，且中國(guó)在可再生能源領(lǐng)域占比較高。在大力支持發(fā)展可再生能源的大背景下，儲(chǔ)能技術(shù)逐步發(fā)展更新，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)也逐漸在變革中成長(zhǎng)壯大，加之產(chǎn)業(yè)鏈中的技術(shù)并購(gòu)和轉(zhuǎn)移、戰(zhàn)略合作等因素，先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)已成為了能源領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。

智能電網(wǎng)、大規(guī)模儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展是信息時(shí)代和能源結(jié)構(gòu)變革相互有機(jī)結(jié)合的結(jié)果，正在潛移默化地改變可再生清潔能源產(chǎn)生、獲取、利用的方式，其中儲(chǔ)能技術(shù)是這些領(lǐng)域的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)。中國(guó)國(guó)務(wù)院頒布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》，明確指出：在能源科技創(chuàng)新方面，確立儲(chǔ)能為重點(diǎn)創(chuàng)新領(lǐng)域，明確大容量?jī)?chǔ)能為重點(diǎn)創(chuàng)新方向?！蛾P(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》也指出了儲(chǔ)能是當(dāng)前需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。

1 儲(chǔ)能技術(shù)介紹

先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)涉及到電能、化學(xué)能、熱能、機(jī)械能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等不同形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。不同形式的儲(chǔ)能技術(shù)的能量轉(zhuǎn)換途徑不同，轉(zhuǎn)換效率、技術(shù)成熟度、存儲(chǔ)規(guī)模都不盡相同。從原理角度可將先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)分為物理儲(chǔ)能技術(shù)和化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，其中物理儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能等，技術(shù)細(xì)節(jié)圖見(jiàn)圖2?；瘜W(xué)儲(chǔ)能技術(shù)包括鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、鈉硫電池、鉛酸電池、超級(jí)電容器和其它新型電池，技術(shù)細(xì)節(jié)圖見(jiàn)圖3。從圖2和圖3的儲(chǔ)能技術(shù)的細(xì)節(jié)圖側(cè)面反映了眾多科研學(xué)者從儲(chǔ)能材料、單元器件、儲(chǔ)能模塊、儲(chǔ)能系統(tǒng)、診斷分析、回收利用等技術(shù)方面進(jìn)行深入的研究，分析的角度涉及到熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、微結(jié)構(gòu)、組元相互作用與反應(yīng)、物理化學(xué)特性及其演化、界面和表面、缺陷與尺寸效應(yīng)等，交叉的學(xué)科領(lǐng)域有材料化學(xué)、固體化學(xué)、化學(xué)工程、模擬計(jì)算等，并不斷涌現(xiàn)出新儲(chǔ)能材料體系和新儲(chǔ)能技術(shù)，在深度、廣度、復(fù)雜程度上令人驚嘆。圖4中儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)表論文所涉及的學(xué)科方向的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)涉及到化學(xué)、材料、能源、物理、化工、電工、信息、資源、環(huán)境等多學(xué)科和領(lǐng)域。先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研究與發(fā)展將豐富這些學(xué)科的研究?jī)?nèi)容，提高其基礎(chǔ)創(chuàng)新動(dòng)力。（以“energy storage”為關(guān)鍵詞，檢索范圍：Web of Science 核心合集檢索時(shí)間：2017年04月24日）

2 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀檢索分析

先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展一直是基礎(chǔ)科研和技術(shù)應(yīng)用的研究熱點(diǎn)，本文通過(guò)Web of Science 進(jìn)行每個(gè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析。[檢索范圍：Web of Science 核心合集（文獻(xiàn)）Derwent Innovations Index（專利）檢索時(shí)間：2017年04月24日]

2.1 鋰離子電池（“l(fā)ithium-ion battery”或“Li-ion battery”）

鋰離子電池以其高能量比、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高倍率性能、優(yōu)良高低溫性能、低價(jià)格等特點(diǎn)一直是化學(xué)儲(chǔ)能研究領(lǐng)域最主要的部分。2015年全球儲(chǔ)能電池累計(jì)裝機(jī)容量中鋰電池以1060.1 MW占據(jù)首位，相比2014年的644 MW增加了64.61%（數(shù)據(jù)來(lái)自 Sandia National Laboratories International Energy Storage Database）。目前，鋰離子電池的研究已不局限于材料本身、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、界面反應(yīng)等基礎(chǔ)科學(xué)，正朝新材料的開(kāi)發(fā)、新電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、全電池的安全性、熱行為、服役和失效分析等關(guān)鍵技術(shù)邁進(jìn)。我國(guó)《中國(guó)制造2025》提出要求動(dòng)力電池單體能量密度中期達(dá)到300 W·h/kg、遠(yuǎn)期達(dá)到 400 W·h/kg的目標(biāo)[2]。

根據(jù)圖5可知，從2001年開(kāi)始，與鋰離子電池相關(guān)的核心科技論文發(fā)表數(shù)呈上升趨勢(shì)，近幾年論文發(fā)表數(shù)均為7000篇左右，這種快速增長(zhǎng)趨勢(shì)與鋰離子電池成熟產(chǎn)業(yè)化并應(yīng)用到大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域有必然聯(lián)系。表1顯示中國(guó)發(fā)表的相關(guān)文章數(shù)占42.946%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美、韓、日等國(guó)，大于三國(guó)的總和，間接反映了我國(guó)鋰離子電池研發(fā)水平蒸蒸日上的趨勢(shì)。在世界范圍內(nèi)發(fā)表科技論文數(shù)統(tǒng)計(jì)中，前十位分別為中國(guó)科學(xué)院、中南大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南洋理工大學(xué)（新加坡）、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、中國(guó)科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)。

表1 鋰離子電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

精煉統(tǒng)計(jì)結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)在電池容量（27528篇）、倍率（16733篇）、高低溫性能（13423篇）、電壓（6867篇）、功率（6859篇）、循環(huán)壽命（3925篇）各主題下發(fā)表論文數(shù)依次減少。說(shuō)明鋰離子電池基礎(chǔ)研究中電池容量、倍率性能、高低溫性能等方面更受關(guān)注。從電池材料的角度，負(fù)極（20185篇）、正極（17273篇）、電解液（13033篇）、隔膜（1226篇）各主題下發(fā)表論文數(shù)依次減少。說(shuō)明鋰離子電池研究重點(diǎn)為高容量的正、負(fù)極材料。

從表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，鋰離子電池的絕大多數(shù)的專利為日本所擁有，在世界范圍內(nèi)專利發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)中，排名前十的并沒(méi)有中國(guó)企業(yè)，絕大多數(shù)為日韓企業(yè)。前十位排名分別為TOYOTA、PANASONIC、SAMSUNG、BOSCH、SANYO、SONY、NISSAN、LG等企業(yè)（1936年TOYODA更名為TOYOTA，2008年MATSUSHITA更名為PANASONIC）。這源于日韓在鋰離子電池領(lǐng)域起步早，理論基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化研究比較全面。從專利技術(shù)分類角度看，黏結(jié)劑、電解質(zhì)、活性物質(zhì)等是重點(diǎn)研究技術(shù)領(lǐng)域（表3）。

表2 鋰離子電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

2.2 鋰硫電池（“l(fā)ithium-sulfur battery”或“Li-S battery”）

鋰硫電池理論能量密度高達(dá)2600 W·h/kg（負(fù)極為金屬鋰、正極為硫），僅次于鋰-空氣二次電池，是化學(xué)儲(chǔ)能器件中理論成本最低的技術(shù)之一。鋰硫電池也存在很多影響性能的因素，例如，S與Li2S均為電子和離子的絕緣體、充放電過(guò)程中不可忽略的體積變化和聚硫化鋰的“穿梭反應(yīng)”。國(guó)外的鋰硫技術(shù)比較成熟，例如SION POWER、POLYPLUS、OXIS、SAMSUNG等。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳劍團(tuán)隊(duì)[3]35 A·h鋰硫電池能量密度已達(dá)到570 W·h/kg，接近世界領(lǐng)先水平。

表3 鋰離子電池專利技術(shù)分類排序

鋰硫電池早在19世紀(jì)60年代提出，由于鋰硫電池自身性能的原因一直不溫不火，從2013年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外與鋰硫電池相關(guān)的論文發(fā)表數(shù)及引用數(shù)呈急劇上升趨勢(shì)（圖6），這與政策支持和技術(shù)突破密不可分。表4為鋰硫電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序，表中數(shù)據(jù)顯示在世界范圍內(nèi)，中國(guó)發(fā)表論文數(shù)為占比50.539%，遠(yuǎn)高于美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、加拿大、日本等。科技論文發(fā)表數(shù)排名前三的機(jī)構(gòu)分別是中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（美）。余下依次為中南大學(xué)、滑鐵盧大學(xué)（加）、國(guó)立慶尚大學(xué)（韓）、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、北京理工大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校（美）、浙江大學(xué)。

表4 鋰硫電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

續(xù)表4

表5 鋰硫電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表5世界范圍內(nèi)機(jī)構(gòu)專利發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明SAMSUNG、BOSCH、HYUNDAI擁有較多的技術(shù)專利，我國(guó)的中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中南大學(xué)、浙江大學(xué)、廣東珠光新能源科技公司在前十中占據(jù)四席，LG、GM分別排名第五、第七。表6為發(fā)表專利技術(shù)分類排序，結(jié)果表明鋰電池的專利主要集中在活性物質(zhì)和電解質(zhì)的選擇等方向。

2.3 鈉離子電池（“sodium-ion battery”或“Na-ion battery”）

與鋰離子電池具有相似儲(chǔ)能機(jī)制的鈉離子電池具有原料資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。現(xiàn)階段研究主要致力于正負(fù)極材料和電解質(zhì)材料的開(kāi)發(fā)、界面和結(jié)構(gòu)的演化、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究，屬于研發(fā)的早期。借助于鋰離子電池研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，鈉離子電池在高安全固態(tài)和水系鈉離子電池中取得了階段性成果。

圖7顯示2010年以前與鈉離子電池相關(guān)的科技論文發(fā)表數(shù)較少，主要是由于缺少合適的正負(fù)極材料體系，盡管儲(chǔ)能機(jī)制與鋰離子電池類似，但鈉離子的離子半徑比鋰離子半徑大，在材料的選擇上有所區(qū)別。2011到2016年，鈉離子電池的科技論文發(fā)表數(shù)與引用數(shù)迅速增長(zhǎng)，這得益于原料資源豐富的鈉離子電池非常適合應(yīng)用到大規(guī)模儲(chǔ)能，引起了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。近年來(lái)與鈉離子電池相關(guān)的研究論文每年發(fā)表數(shù)達(dá)到900篇，且呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，引用達(dá)到22000次，研究氛圍十分活躍。精煉統(tǒng)計(jì)結(jié)果，鈉離子電池在負(fù)極材料（1704篇）、正極材料（1507篇）、電解液（850篇）方面發(fā)表的論文數(shù)依次減少，側(cè)面反映了鈉離子電池的研究重心為正、負(fù)極材料。表7顯示我國(guó)鈉離子電池論文發(fā)表數(shù)占44.971%，位居世界首位。世界范圍內(nèi)科技論文發(fā)表統(tǒng)計(jì)數(shù)占前十的機(jī)構(gòu)分別為中國(guó)科學(xué)院、中南大學(xué)、京都大學(xué)（日）、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（美）、中國(guó)科技大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、伍倫貢大學(xué)（澳）、武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高級(jí)研究所，其中我國(guó)占據(jù)六席。中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝團(tuán)隊(duì)[4]發(fā)現(xiàn)了NaCuFeMnO/無(wú)煙煤碳-鈉離子電池的能量密度已達(dá)100 W·h/kg，100周循環(huán)后容量保持率為97%，且具有低成本、高安全的特性。

表8顯示鈉離子電池的專利分析結(jié)果前十分別為SUMITOMO ELECTRIC、TOYOTA、陜西科技大學(xué)、中南大學(xué)、SUMITOMO CHEMISTRY、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、CENTRAL GLASS（韓）、工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（韓）、日本電話電報(bào)公司、SK（韓）。中、日、韓三國(guó)在新型儲(chǔ)能鈉離子電池領(lǐng)域齊頭并進(jìn)，我國(guó)在結(jié)合鈉離子電池低成本的優(yōu)勢(shì)以及大力發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能和“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電網(wǎng)的政策等條件下，鈉離子電池的發(fā)展前景十分美好。從表9鈉離子電池專利技術(shù)分類排序結(jié)果中分析可得，鈉離子電池的專利主要集中在正負(fù)極材料、黏結(jié)劑、電解液的選擇，并和其它金屬離子電池進(jìn)行技術(shù)共享。

表7 鈉離子電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表8 鈉離子電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表9 鈉離子電池專利技術(shù)分類排序

2.4 鈉硫電池（“sodium-sulfur battery”或“Na-S battery”）

鈉硫電池具有大電流、高功率、低自放電等性能，常作為應(yīng)急電源和補(bǔ)償電源，屬于目前化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中示范和應(yīng)用規(guī)模最大的技術(shù)，但其技術(shù)門檻高，在全球范圍內(nèi)，只有日本的NGK企業(yè)以及上海硅酸鹽研究所能夠提供產(chǎn)品。國(guó)外鈉硫電池技術(shù)成熟度較高，能夠提供幾十MW·h的儲(chǔ)能系統(tǒng)，已成功應(yīng)用于削峰填谷、應(yīng)急電源、清潔能源穩(wěn)定并網(wǎng)等領(lǐng)域。

從圖8鈉硫電池的SCI文章發(fā)表和引文數(shù)上看，其研究一直處于相對(duì)不活躍的狀態(tài)。2016年前后其引文數(shù)有所提升的原因可能與大規(guī)模儲(chǔ)能和發(fā)展清潔能源并入智能電網(wǎng)有關(guān)。從表10對(duì)世界范圍內(nèi)科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，美、日處于領(lǐng)先 的地位，美國(guó)占比約為中國(guó)的3倍。發(fā)表論文數(shù)前十名的研究機(jī)構(gòu)分別是中國(guó)科學(xué)院、FORD、HITACHI、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（美）、慶尚國(guó)立大學(xué)（韓）、NGK、CHLORIDE、太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、東京電力、猶他大學(xué)（美）。從表11世界范圍內(nèi)機(jī)構(gòu)專利發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NGK insulators、HITACHI、上海電氣鈉硫儲(chǔ)能技術(shù)有限公司占據(jù)前三，與TOKYO ELECTRIC POWER、工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（韓）、MITSUBISHI、YUASA、NGK SPARK PLUG、POSCO（韓）、GENERAL ELECTRIC依次位于前十。日本在鈉硫電池的專利方面占比超過(guò)43.374%（僅計(jì)算入圍前10的6家公司）。從表12鈉硫電池專利分析角度，鈉硫電池專利主要集中在其高溫設(shè)計(jì)方面（54.389%）、外殼的溫控裝置。

表10 鈉硫電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表11 鈉硫電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表12 鈉硫電池專利技術(shù)分類排序

2.5 液流電池（“flow-battery”或“vanadium redox flow-battery”）

液流電池適合做大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能，可以在太陽(yáng)能和風(fēng)能等清潔能源發(fā)電過(guò)程中作為儲(chǔ)能裝置，同時(shí)也在電力調(diào)峰、加強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性、提高電力質(zhì)量等方面表現(xiàn)優(yōu)異。目前液流電池的研究熱點(diǎn)主要在離子交換膜、雙極板、電極材料及結(jié)構(gòu)、電解液的組成和濃度等方面。

從圖9科技論文發(fā)表和引用數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，液流電池近幾年的文獻(xiàn)發(fā)表量一直為300篇左右，引文數(shù)為9000次以上，受關(guān)注程度較高。從1998—2010年階段看，論文發(fā)表和引用數(shù)也呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2011年出現(xiàn)跳躍式發(fā)展。根據(jù)表13，從世界范圍角度分析，關(guān)于液流電池的科技論文發(fā)表數(shù)前5名分別為中、美、韓、德、英國(guó)。科技論文發(fā)表數(shù)排名前10的研究機(jī)構(gòu)中，中國(guó)科學(xué)院、太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、中南大學(xué)位列前3，其余依 次為南安普頓大學(xué)（英）、清華大學(xué)、新南威爾士大學(xué)、麻省理工學(xué)院、田納西大學(xué)、香港科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)。從表14專利分析結(jié)果知，KANSAI DENRYOKU關(guān)西電力（日）、SUMITOMO ELECTRIC住友電器（日）、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所盤踞前三，其余依次為大連融科、中國(guó)東方電子、LG Chem（韓）、樂(lè)天化學(xué)（韓）、聯(lián)合技術(shù)公司、韓國(guó)能源研究所。我國(guó)在液流電池技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在世界范圍內(nèi)示范規(guī)模最大，目前在開(kāi)發(fā)更高功率的電堆技術(shù)，從而進(jìn)一步降低成本。世界上液流電池生產(chǎn)企業(yè)主要包括：日本的住友電工公司、大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司、美國(guó)UNIENERGY TECHNOLOGIES公司和奧地利GILDEMEISTER公司。從表15的專利技術(shù)分類排序統(tǒng)計(jì)上看，液流電池的專利主要集中在液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壓力控制裝置、催化電極材料等。

表13 液流電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表14 液流電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表15 液流電池專利技術(shù)分類排序

2.6 超級(jí)電容器（“super-capacito”或“supercapacitor”or“ultracapacitor”）

具有高倍率、長(zhǎng)壽命、能量轉(zhuǎn)換效率高、功率密度高等特性的超級(jí)電容器作為理想的儲(chǔ)能器件已研究50多年，從圖10科技論文發(fā)表數(shù)上看，2007年以前一直處于比較低的發(fā)展水平，相關(guān)論文發(fā)表數(shù)較少，在2011年后出現(xiàn)了高速迅猛的發(fā)展，2016年科技論文發(fā)表數(shù)達(dá)到了這些年的頂峰，約3000篇?，F(xiàn)階段的超級(jí)電容器的研究方向主要在高比容電極材料、性能穩(wěn)定電解液、器件制備技術(shù)、系統(tǒng)集成配套技術(shù)等方面。根據(jù)表16，中國(guó)在世界范圍的科技論文發(fā)表數(shù)上位列首位，為美國(guó)的3倍多，說(shuō)明我國(guó)在2011—2016年間對(duì)超級(jí)電容器的研究熱度和開(kāi)發(fā)力度比較大。整體而言，日本在超級(jí)電容器上的文章發(fā)表數(shù)目并不多，前3名分別為中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)。世界機(jī)構(gòu)科技論文發(fā)表數(shù)排名統(tǒng)計(jì)前十名依次是中國(guó)科學(xué)院、南洋理工大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、印度理工學(xué)院、華中科技大學(xué)、重慶大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)、西瓦吉大學(xué)（?。⒄憬髮W(xué)，其中中國(guó)在研究機(jī)構(gòu)前10名中占據(jù)6位（表16）。

從表17專利發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，前10名分別為深圳海洋王照明科技、中國(guó)電網(wǎng)、寧波中車新能源、山東精工電子科技、復(fù)旦大學(xué)、東華大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、SAMSUNG ELECTRO- MECHANICS，中國(guó)企業(yè)在世界前10中占9席，表明我國(guó)在超級(jí)電容器領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，與上文分析的中國(guó)關(guān)于超級(jí)電容器的科技論文發(fā)表數(shù)占據(jù)世界范圍的首位的結(jié)論相互照應(yīng)。表18為超級(jí)電容器專利技術(shù)分類前十名排序，結(jié)果表明超級(jí)電容器專利主要集中在充放電的裝置、材料新結(jié)構(gòu)、新材料的研發(fā)。目前超級(jí)電容器向著高能量密度的混合電容、鋰離子電容器、柔性電容器方向發(fā)展。近年來(lái)，中車、集星、奧威、億緯等企業(yè)也已推出一系列先進(jìn)超級(jí)電容器產(chǎn)品，其中中車將超級(jí)電容器應(yīng)用在有軌電車上并已成功出口。

表16 超級(jí)電容器SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表17 超級(jí)電容器專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表18 超級(jí)電容器專利技術(shù)分類排序

2.7 固態(tài)電池（“solid-state battery”）

隨著各種電池作為移動(dòng)終端儲(chǔ)能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)能量密度和倍率性能等要求越來(lái)越高，電池安全性問(wèn)題也日益突出。特別是公共交通和通訊終端中的電池在使用時(shí)，如果出現(xiàn)熱失控、短路、脹氣、漏液等問(wèn)題，對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成很大的威脅?；谌虘B(tài)電池具備的高安全、長(zhǎng)壽命、高能量密度、低成本等優(yōu)勢(shì)，近幾年全固態(tài)電池作為新型儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，研究熱點(diǎn)主要在電極材料與固態(tài)電解質(zhì)的表界面問(wèn)題、復(fù)雜體系中的輸運(yùn)機(jī)制、新電極材料和電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面[5]。

從固態(tài)電池的SCI文獻(xiàn)發(fā)表統(tǒng)計(jì)上看，其發(fā)展趨勢(shì)處于逐步上升的階段，2010年前緩慢增長(zhǎng)，此后呈現(xiàn)爆發(fā)式迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)，獲得國(guó)內(nèi)外研究人員和企業(yè)的廣泛關(guān)注。2016年的科技論文發(fā)表高達(dá)1000篇，引文達(dá)35000次以上（圖11）。我國(guó)關(guān)于固態(tài)電池科技論文發(fā)表數(shù)約為美國(guó)的2倍，占據(jù)世界首位，美、日緊隨其后。世界范圍內(nèi)發(fā)表論文的研究機(jī)構(gòu)排名前十的分別是中國(guó)科學(xué)院、中南大學(xué)、大阪府立大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、京都大學(xué)、全南國(guó)立大學(xué)（韓）、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、國(guó)立首爾大學(xué)（韓）、東北大學(xué)（日）（表19）。從表20專利發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看，固態(tài)電池的專利排名前十主要是以豐田為首的一批日本企業(yè)，分別是TOYOTA JIDOSHA、MURATA、PANASONIC、HITACHI、TOYOTA MOTOR、IDEMITSU、NGK、FUJI FILM、MITSUBISHI、SAMSUNG ELECTRONICS（2008年MATSUSHITA更名為PANASONIC）。這體現(xiàn)了日本企業(yè)對(duì)儲(chǔ)能電池安全性的注重和固態(tài)電池專業(yè)鏈的重視。從技術(shù)上看，日本在固態(tài)電池的開(kāi)發(fā)方面歷時(shí)20余年，從未中斷，目前處于世界領(lǐng)先水平。從表21可知固態(tài)電解質(zhì)專利主要集中在開(kāi)發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)材料。在眾多的科技論文統(tǒng)計(jì)中，關(guān)于固態(tài)電解質(zhì)的研究文章為3006篇，界面問(wèn)題的研究文章為622篇。

表19 固態(tài)電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表20 固態(tài)電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表21 固態(tài)電池專利技術(shù)分類排序

2.8 空氣電池（“air-battery”或“metal- air-battery”）

空氣電池作為理論能量密度最高的化學(xué)儲(chǔ)能器件擁有低成本、高安全性等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)存在自放電率大、放電功率低、副反應(yīng)復(fù)雜等問(wèn)題，目前空氣電池的循環(huán)壽命、倍率性能、能量效率、安全性方面與實(shí)際應(yīng)用存在較大的差異。主要的研究方向包括氧還原和氧析出催化劑研發(fā)、充放電產(chǎn)物和副反應(yīng)探索、空氣電池電極設(shè)計(jì)、充放電制度影響因素探究、電解質(zhì)和負(fù)極材料在充放電過(guò)程中的穩(wěn)定性研究等。

從圖12空氣電池科技論文的發(fā)表和引文數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，從1998年到2009年，空氣電池方向的科技論文發(fā)表數(shù)處于較低水平，一直少于100篇。2010年后呈跳躍式增長(zhǎng)趨勢(shì)。表22對(duì)科技論文的發(fā)表數(shù)以國(guó)家和機(jī)構(gòu)排序，在世界范圍內(nèi)，中國(guó)在核心科技論文發(fā)表數(shù)位居首位，美、韓緊隨其后，其中，中國(guó)的科技論文數(shù)約為韓國(guó)的3倍。世界范圍內(nèi)論文發(fā)表數(shù)排名前10的機(jī)構(gòu)分別是中國(guó)科學(xué)院、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美）、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、麻省理工學(xué)院（美）、國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)和技術(shù)研究所（日）、滑鐵盧大學(xué)（加）、漢陽(yáng)大學(xué)（韓）、南開(kāi)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中南大學(xué)，其中中國(guó)研究機(jī)構(gòu)占據(jù)五席。從表23專利統(tǒng)計(jì)結(jié)果角度看，世界范圍內(nèi)排名前十，TOYOTA、SAMSUNG ELECTRONICS、PANASONIC（2008年MATSUSHITA更名為PANASONIC）、TOSHIBA、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、BOSCH、EFL、SONY。日、韓在專利方面擁有數(shù)較中、美多，這說(shuō)明日、韓掌握比較多的空氣電池方面的應(yīng)用技術(shù)，而中、美在空氣電池的基礎(chǔ)科研方面比較領(lǐng)先。從表24對(duì)專利類別分析可得，空氣電池的專利主要集中在金屬電極、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新型催化劑、碳電極等方向。目前國(guó)內(nèi)空氣電池廣泛商業(yè)化的條件不成熟，在儲(chǔ)能領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用存在一定距離。

表22 空氣電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表23 空氣電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

續(xù)表23

表24 空氣電池專利技術(shù)分類排序

2.9 鎳氫電池（“NI-MH battery”或“nickel-metal hydride battery”）

鎳氫電池具有功率響應(yīng)快、低溫性能好、安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，曾廣泛應(yīng)用在消費(fèi)電子領(lǐng)域，大容量的鎳氫電池常被使用在混合動(dòng)力車中。近年來(lái)通過(guò)技術(shù)努力，循環(huán)性達(dá)到3000次以上，在規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用。從圖13統(tǒng)計(jì)結(jié)果而言，鎳氫電池一直處于不溫不火的波動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)，但是引文數(shù)還是呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。

根據(jù)表25論文發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序可知，中國(guó)發(fā)表量占據(jù)首位，約為美國(guó)的2倍，在論文發(fā)表數(shù)排名前10的機(jī)構(gòu)中，浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、燕山大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、北京理工大學(xué)、河南理工大學(xué)占據(jù)前10名中6位，其余分別為韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所、大阪府立大學(xué)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院、OVON BATTERY。從表26專利分析結(jié)果知，PANASONIC占據(jù)首位，其后依次是SAMSUNG、BOSCH、LG、TOYOTA、SANYO、SK（韓）、GM（2008年MATSUSHITA更名為PANASONIC）。表27為鎳氫電池專利技術(shù)分類分析，結(jié)果表明其專利主要集中在電池充放電裝置、電池檢測(cè)裝置和電池保護(hù)裝置等方向。

表25 鎳氫電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表26 鎳氫電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表27 鎳氫電池專利技術(shù)分類排序

2.10 鉛酸電池（“l(fā)ead-acid battery”）

鉛酸電池歷經(jīng)150多年的發(fā)展，已成為比較成熟商業(yè)化的電池，具有低成本、安全、化學(xué)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在二次電池全球市場(chǎng)中占一半以上，中國(guó)是全世界鉛酸電池最大生產(chǎn)國(guó)，目前在規(guī)模儲(chǔ)能、分布式電網(wǎng)、通訊基站、UPS等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

從圖14科技論文發(fā)表數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，近幾年發(fā)表的SCI文章數(shù)均在200篇以上，但從2016年后論文發(fā)表總數(shù)有下降現(xiàn)象。根據(jù)表28結(jié)果可知，美國(guó)在鉛酸電池方面的科技論文發(fā)表數(shù)量排名第一，是第二名中國(guó)的約2倍；論文發(fā)表數(shù)機(jī)構(gòu)排序方面，排名前10的分別是保加利亞科學(xué)院、聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（澳）、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、印度科技學(xué)院、江森自控（美）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中央電化學(xué)研究所（?。?、華中科技大學(xué)、華南師范大學(xué)、愛(ài)達(dá)荷大學(xué)（美），中國(guó)科研機(jī)構(gòu)占三席。從表29專利角度分析，河南超威動(dòng)力、GS YUASA（日）、SHIN-KOBE ELECTRIC MACHINERY（日）占據(jù)前三，其余依次為PANASONIC、JAPAN STORAGE BATTERY、FURUKAWA、江蘇理士電池有限公司（2008年MATSUSHITA更名為PANASONIC）。從表30對(duì)專利技術(shù)分析得出鉛酸電池的專利主要集中在電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、充放電的裝置、維護(hù)與監(jiān)控裝置等方向。近幾年的鉛酸電池的研究出現(xiàn)了很多新技術(shù)，特別是鉛碳電池，淺充放電循環(huán)壽命達(dá)到了5000次。但是由于鉛酸電池受到環(huán)保的制約，且能量密度低，其價(jià)格優(yōu)勢(shì)也逐漸被其它儲(chǔ)能技術(shù)挑戰(zhàn)。

表28 鉛酸電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表29 鉛酸電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表30 鉛酸電池專利技術(shù)分類排序

2.11 液態(tài)金屬電池（“l(fā)iquid-metal battery”）

液態(tài)金屬電池是基于液態(tài)金屬電解池原理設(shè)計(jì)，由美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出。因具有高的離子遷移率、大電流穩(wěn)定性、高安全性和長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)，液態(tài)金屬電池在規(guī)模儲(chǔ)能上得到了廣泛應(yīng)用。目前液態(tài)金屬電池的研究方向主要是設(shè)計(jì)全液態(tài)電池、降低操作溫度、開(kāi)發(fā)新材料、提高電池電壓及高溫密封性和耐腐蝕性等。從圖15科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，液態(tài)金屬電池由于研究門檻較高，一直處于相對(duì)較低的研究熱度。

根據(jù)表31，世界范圍內(nèi)，美國(guó)的科技論文的發(fā)表數(shù)占據(jù)首位，研究機(jī)構(gòu)的排序中，麻省理工大學(xué)占據(jù)第一。我國(guó)的清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)位列前十，其它國(guó)外機(jī)構(gòu)入圍前十為HELMHOLTZ ZENTRUM DRESDEN ROSSENDORF、密歇根大學(xué)（美）、賓夕法尼亞州立大學(xué)（美）、肯塔基大學(xué)（美）、羅切斯特大學(xué)（美）。根據(jù)表32，從專利角度看，專利發(fā)表數(shù)前十名依次為AMBRI、中國(guó)西安交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、華中科技大學(xué)、麻省理工學(xué)院、SEARETE、TANIGAWA、BRADWELL、CELLTECH POWER。日本和韓國(guó)在該領(lǐng)域的成果并不明顯。從表33對(duì)專利類型分析可知液態(tài)金屬電池的專利主要集中在新型液態(tài)合金、溫控裝置、充放電控制裝置等方向。

表31 液態(tài)金屬電池SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

續(xù)表31

表32 液態(tài)金屬電池專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

2.12 抽水蓄能（“pumped-storage”）

抽水蓄能一直是全球儲(chǔ)能技術(shù)的主要部分，也是我國(guó)主要的儲(chǔ)能技術(shù)。2000—2015年累計(jì)裝機(jī)量統(tǒng)計(jì)中，全球抽水蓄能為142.1 GW，占比98%；我國(guó)抽水蓄能為22.7 GW，占比99.5%。（數(shù)據(jù)來(lái)源CNESA項(xiàng)目庫(kù)，2016）。抽水蓄能是電力系統(tǒng)中最可靠、最經(jīng)濟(jì)、最長(zhǎng)壽命、大容量的大型儲(chǔ)能裝置，我國(guó)雖起步較晚，但是目前已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。從1998—2011年的科技論文發(fā)表和引用數(shù)量統(tǒng)計(jì)上看，抽水蓄能一直處于平穩(wěn)的水平，2011年后出現(xiàn)了快速達(dá)到一個(gè)較高的水平（圖16）。從表34科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，中國(guó)科技論文發(fā)表數(shù)約為美國(guó)的1.5倍，位居首位，其余依次為美國(guó)、德國(guó)、日本、瑞士、英國(guó)、印度、伊朗、西班牙、希臘。機(jī)構(gòu)發(fā)表論文數(shù)排名前十分別為華北電力大學(xué)、清華大學(xué)、河海大學(xué)（中）、武漢大學(xué)、雅典國(guó)立科技大學(xué)（希臘）、薩格勒布大學(xué)（克羅地亞）、哈扎工程公司（英）、BROWN BOVERI CO（瑞士）、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)。

從表35和表36專利統(tǒng)計(jì)角度分析，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)、國(guó)網(wǎng)新源控股公司、HITACHI、TOSHIBA、關(guān)西電力公司（日）、國(guó)家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院、華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司、哈爾濱電機(jī)股份有限公司、河南國(guó)網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司、MITSUBISHI ELECTRIC。這說(shuō)明我國(guó)在抽水蓄能方面取得了一定的研究成果。抽水蓄能專利主要集中在抽水電站和機(jī)組、發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、電力存儲(chǔ)系統(tǒng)等。

表34 抽水蓄能SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表35 抽水蓄能專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表36 抽水蓄能專利技術(shù)分類排序

2.13 壓縮空氣儲(chǔ)能（“compressed air energy storage”或“CAES”）

區(qū)別于抽水蓄能，壓縮空氣儲(chǔ)能不會(huì)局限于地理因素，且同時(shí)具備大容量、長(zhǎng)壽命、低成本、高安全等優(yōu)點(diǎn)，在清潔可再生能源并網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)突出，非常適合大規(guī)模儲(chǔ)能。從圖17中1998—2016年科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出壓縮空氣儲(chǔ)能的研究熱度一直處于不溫不火的水平，引用量處于逐年增長(zhǎng)中。從表37得出，在世界范圍內(nèi)，美國(guó)論文發(fā)表數(shù)為中國(guó)的2倍以上，占據(jù)世界首位，緊隨其后的依次為中、巴西、德、加拿大、英國(guó)、意大利、瑞士、日本、韓國(guó)等。科技論文發(fā)表數(shù)排名前10的機(jī)構(gòu)分別為中國(guó)科學(xué)院、明尼蘇達(dá)大學(xué)（美）、圣保羅大學(xué)（巴西）、圣瑪麗亞聯(lián)邦大學(xué)（巴西）、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（瑞士）、里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)（巴西）、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、波鴻魯爾大學(xué)（德）、華威大學(xué)（英）。我國(guó)在前10中占據(jù)三席。表38專利發(fā)表數(shù)排名前十的機(jī)構(gòu)分別為L(zhǎng)IGHT SAIL ENERGY（美）、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所、SUSTAINX、華北電力大學(xué)、ALSTONE、GENERAL ELECTRIC、BOSCH、GEN COMPRESSION等。從表39專利類型分析中可以得出，壓縮空氣儲(chǔ)能的專利主要是在貯氣裝置、發(fā)電機(jī)組等方向。

2.14 飛輪（“flywheel”）

飛輪相比其它形式的儲(chǔ)能技術(shù)而言，具有長(zhǎng)壽命、高能量密度、不限充放電次數(shù)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、電力電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、UPS等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從圖18科技論文發(fā)表數(shù)和引用數(shù)統(tǒng)計(jì)情況分析，飛輪儲(chǔ)能的論文發(fā)表數(shù)一直處于較低的水平，而引文數(shù)一直處于增長(zhǎng)的趨勢(shì)。表40論文數(shù)統(tǒng)計(jì)中，美國(guó)、中國(guó)、日本分別占據(jù)前3，韓、英、德緊隨其后。機(jī)構(gòu)排名前10中，美國(guó)國(guó)家航空航天局占據(jù)首位，韓國(guó)電子電力研究院、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、鐵道技術(shù)研究院（日）、德克薩斯大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、德克薩斯A&M大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、忠南國(guó)立大學(xué)（韓）、南洋理工大學(xué)（新加坡）位列其后。從表41專利數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)前10名主要為SCHAEFFLER（德）、韓國(guó)電力公司、LUK LAMELLE所擁有。我國(guó)在飛輪技術(shù)儲(chǔ)能方面的研究積累并不多，因而成就并不顯著。從表42對(duì)專利分類分析可知飛輪儲(chǔ)能的專利主要集中在飛輪設(shè)計(jì)、飛輪軸承、儲(chǔ)能系統(tǒng)等方向。

表37 壓縮空氣儲(chǔ)能SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表38 壓縮空氣儲(chǔ)能專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表39 壓縮空氣儲(chǔ)能專利技術(shù)分類排序

表40 飛輪SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表41 飛輪專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表42 飛輪儲(chǔ)能專利技術(shù)分類排序

2.15 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（“superconducting magnetic”）

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是1969年由FERRIER提出，具有高電流密度、高效率、高響應(yīng)速度、高轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)壽命、維護(hù)簡(jiǎn)易、清潔無(wú)污染等特點(diǎn)，但存在門檻高、設(shè)備維修貴等問(wèn)題。從圖19科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的研究一直處于低熱度，而引文數(shù)處于持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這與超導(dǎo)磁儲(chǔ)能研究門檻高有一定關(guān)系。世界范圍內(nèi)，日本、中國(guó)、美國(guó)分別占據(jù)前三位。華中科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、韓國(guó)電子技術(shù)研究院、中部電力有限公司（日）、九州工業(yè)大學(xué)（日）、鐵道技術(shù)研究院（日）、電子科技大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、昌原國(guó)立大學(xué)（韓）、國(guó)際超導(dǎo)技術(shù)中心（日）是論文發(fā)表數(shù)排名前十的機(jī)構(gòu)，其中日本在超導(dǎo)磁儲(chǔ)存領(lǐng)域的研發(fā)處于世界領(lǐng)先。從表44專利數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能專利主要為TOSHIBA、HITACHI、FUJIKURA等日企所擁有，我國(guó)擁有數(shù)量較小。從表45對(duì)專利分類分析可知，超導(dǎo)磁儲(chǔ)存的專利主要在超導(dǎo)體或超導(dǎo)線圈、儲(chǔ)能系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等領(lǐng)域。我國(guó)中國(guó)科學(xué)院電工研究所很早開(kāi)始了超導(dǎo)磁體方面的研究，清華大學(xué)已研制150 kVA的低溫超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)。

綜合上述統(tǒng)計(jì)，我們對(duì)中、美、日、韓在各儲(chǔ)能前沿技術(shù)領(lǐng)域的核心科技論文發(fā)表數(shù)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可知鋰離子電池、超級(jí)電容器的研究最為活躍，鈉硫電池與液態(tài)金屬的儲(chǔ)能技術(shù)比較冷門，我國(guó)在鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、超級(jí)電容器、固態(tài)電池、空氣電池、鎳氫電池、抽水蓄能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)存等儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域相對(duì)其它國(guó)家，具有較大的優(yōu)勢(shì)（圖20）。圖21我國(guó)在各儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的核心科技論文發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果反映了我國(guó)在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中，對(duì)鋰離子電池、超級(jí)電容器、鈉離子電池、固態(tài)電池等領(lǐng)域的科研熱度較高，是主要的科研投入。

表43 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能SCI文章發(fā)表數(shù)國(guó)家排序和機(jī)構(gòu)排序

表44 超導(dǎo)磁儲(chǔ)能專利發(fā)表數(shù)專利權(quán)人名稱排序

表45 超導(dǎo)磁儲(chǔ)存專利技術(shù)分類排序

世界范圍內(nèi)，從2013—2016年各儲(chǔ)能技術(shù)SCI發(fā)表數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、液流電池、超級(jí)電容器、固態(tài)電池、空氣電池、抽水蓄能等處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，而鈉硫電池、鎳氫電池、液流電池等處于波動(dòng)趨勢(shì)（圖22）。從整體上看，鋰離子電池、超級(jí)電容器、鈉離子電池等仍為較高的研究熱點(diǎn)。

圖23為世界范圍內(nèi)各儲(chǔ)能技術(shù)科技論文數(shù)與專利數(shù)統(tǒng)計(jì)圖，核心科技論文發(fā)表數(shù)量前3名分別為鋰離子電池、超級(jí)電容器、鈉離子電池，這與圖21我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展熱度高的技術(shù)領(lǐng)域相符；專利發(fā)表數(shù)量前3名分別為鋰離子電池、飛輪、超級(jí)電容器。從整體雷達(dá)圖分布可以看出鉛酸電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪等技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠l(fā)表數(shù)量要高于核心科技論文的發(fā)表，這與每種技術(shù)發(fā)展成熟度不同有關(guān)系。以日本在各先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的專利發(fā)表數(shù)量分布情況分析（圖24），鋰離子電池以69%占據(jù)首位，充分說(shuō)明日本十分重視鋰離子電池作為優(yōu)質(zhì)的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)，其次是鉛酸電池、固態(tài)電池、鈉硫電池。值得注意的是日本在鋰硫電池、超級(jí)電容器、液態(tài)金屬電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪等方面的專利擁有數(shù)較少。

4 總結(jié)與展望

先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)是可再生能源集成并網(wǎng)、大規(guī)模儲(chǔ)能、大型電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等領(lǐng)域十分重要的支撐技術(shù)。經(jīng)本文的統(tǒng)計(jì)概覽，發(fā)現(xiàn)2010年始到2016年終這一階段的各個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)均得到高速的發(fā)展。從基礎(chǔ)研發(fā)的角度分析，鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、液流電池、超級(jí)電容器、固態(tài)電池、空氣電池、抽水蓄能基礎(chǔ)研發(fā)速度增長(zhǎng)迅猛，相比而言，鈉硫電池、鎳氫電池、液流電池研發(fā)比較平緩；從技術(shù)開(kāi)發(fā)的角度分析，鋰離子電池、飛輪、超級(jí)電容器、壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛酸電池等技術(shù)成果累積比較豐盛，而鋰硫電池、鈉離子電池、鈉硫電池、液態(tài)金屬電池、空氣電池等技術(shù)成果累積相對(duì)單薄。各種儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展階段和技術(shù)成熟度略有差異，這些差異將體現(xiàn)在儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用上。

在先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，各國(guó)之間的合作與競(jìng)爭(zhēng)息息相關(guān)。我國(guó)在基礎(chǔ)研究中表現(xiàn)的十分活躍，多項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)核心科技論文發(fā)表數(shù)位于前列，特別是在鋰離子電池、超級(jí)電容器、固態(tài)電池、鈉離子電池等領(lǐng)域；而在技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的表現(xiàn)相對(duì)遜色，專利擁有數(shù)和專利完整度方面不完善。日本在鋰離子電池、鉛酸電池、固態(tài)電池、鈉硫電池等技術(shù)領(lǐng)域擁有比較完整的專利產(chǎn)業(yè)鏈。

我國(guó)是儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)最活躍國(guó)家之一，也是儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的主要消費(fèi)市場(chǎng)。從本文概覽分析可知我國(guó)在先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)上與國(guó)際上還存在一定差距，但在技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面表現(xiàn)突出，希望未來(lái)我國(guó)能掌握成熟的儲(chǔ)能技術(shù)并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)的合理 應(yīng)用。

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Overview of research papers and patents on energy storage technologies

WANG Shuo1, ZHOU Ge2, YU Xiqian2, LI Hong2

(1Yunnan University, Kunming 650500, Yunnan, China; Institute of Physics,2Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)

This article reviews different energy storage technologies. A statistical analysis is performed, on the basis of the information in the web of science, on the research papers and patents including publication year, originating countries/areas and institutions of the authors. The statistical analysis provides an indication of the development trend of the energy storage technologies. It is shown that, among all the energy storage technologies considered, fundamental studies on lithium ion batteries, supercapacitor, sodium ion batteries, flywheel, superconducting magnetic energy storage and solid state batteries are most actively studied, whereas the technology development of lithium ion batteries, flywheel, supercapacitors, compressed air energy storage, and lead-acid batteries are also very active.

energy storage;patent; sci-tech articles; statistics

10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0023

TM 911；C 812

A

2095-4239（2017）04-810-29

2017-03-10；

2017-05-12。

國(guó)家自然科學(xué)基金（52315206，51502334）項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”專項(xiàng)（2016YFB0100100，2016YFB0100500）。

王朔（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殇囯x子電池失效分析，E-mail：wangshuoynu@163.com；

李泓，研究員，研究方向?yàn)殇囯x子電池、固態(tài)電池、失效分析，E-mail：hli@iphy.ac.cn。