國外鋰-空氣電池研究的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與情報分析

劉蘭蘭，張 發(fā)

(1.中國電子科技集團公司第十八研究所 天津300384；2.國網(wǎng)天津市電力公司東麗供電分公司 天津300300)

鋰-空氣電池具有極高的能量密度，是新一代高比能電池的研發(fā)熱點，有望應(yīng)用于清潔能源、電動汽車及其他儲能系統(tǒng)，為緩解環(huán)境和能源壓力做出貢獻，因此一直以來受到研究人員的廣泛關(guān)注。為了解決鋰-空氣電池走向?qū)嵱没^程中存在的缺陷及問題，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)和研究人員對其進行了深入的分析。

本文對近幾年國外鋰-空氣電池的最新研究情況進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并在此基礎(chǔ)上做了一定的情報分析，以期為國內(nèi)研究人員的鋰-空氣電池研究工作提供一定的參考與幫助。

1 鋰-空氣電池技術(shù)

鋰-空氣電池是由鋰陽極及環(huán)境空氣中的氧電對構(gòu)成的電池體系，鋰-空氣電池也歸類于鋰-氧電池，鋰-空氣電池中的氧氣通過空氣陰極進入電池中，其來源是無限的。理論上講，以氧氣作為陰極反應(yīng)物，電池容量受到鋰負極限制。鋰-空氣電池具有最高的理論電壓和電化學(xué)當(dāng)量(3800Ah/kg)，電池放電過程中消耗鋰及空氣中的氧、水，生成 LiOH[1]。但是，鋰-空氣電池的電極副反應(yīng)、鋰片腐蝕、電解液分解和揮發(fā)[2]等問題都嚴重影響了它的實際應(yīng)用。

2 關(guān)于研究情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與情報分析

語義學(xué)者(Semantic Scholar)是由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人Paul Allen創(chuàng)立的免費學(xué)術(shù)搜索引擎，其檢索結(jié)果來自期刊、學(xué)術(shù)會議資料以及學(xué)術(shù)機構(gòu)的文獻[3]。通過使用語義學(xué)者搜索引擎，以“l(fā)ithium-air battery”為關(guān)鍵詞，搜索自 2016年以來發(fā)表的文獻，截止時間為2019年3月15日，去除國內(nèi)學(xué)者的研究文獻，共搜索到 97篇有效文獻。分別從發(fā)表時間、作者署名機構(gòu)、機構(gòu)所屬國家、發(fā)表文獻類別、發(fā)表文獻刊物和文獻主題內(nèi)容方面對這些文獻進行了分類統(tǒng)計，隨后進行了情報分析。

2.1 時間分布分析

在發(fā)表時間分布上，2019年截止到3月共有3篇文獻，2018年共有 19篇文獻，2017年共有 36篇文獻，2016年共有 39篇文獻?？梢钥闯?，2016年與2017年研究文獻都比 2018年多出 1倍。由此可見，2016—2017年研究人員對鋰-空氣電池的研究工作比較多，研究活動比較活躍，而近 2年來的研究文獻比較少。這可能是因為鋰-空氣電池的研究難度較大，開始研究時成果較多，在此基礎(chǔ)上短時間內(nèi)難以再取得較大突破。

2.2 機構(gòu)分布分析

在鋰-空氣電池的研究機構(gòu)方面，除了高等院校、科研機構(gòu)等比較重視學(xué)術(shù)研究的機構(gòu)外，還有豐田中央研究所、三星電子、IBM、陶氏、Liox Power等公司的研發(fā)中心相關(guān)人員對鋰-空氣電池進行研究，可知不僅有學(xué)術(shù)機構(gòu)的科研人員在鋰-空氣電池的基礎(chǔ)科學(xué)方面進行了不斷地認知和探索，還有公司企業(yè)的科研人員在鋰-空氣電池實用化方面做出研究和努力。

2.3 國家分布分析

在發(fā)表文獻的作者署名機構(gòu)所屬國家分布上，美國有 27篇文獻，韓國有 18篇文獻，日本、英國各有10篇文獻，以色列有 6篇文獻，德國、澳大利亞各有5篇文獻，瑞典有 3篇文獻，法國、意大利、奧地利、新加坡各有 2篇文獻，此外，西班牙、俄羅斯、土耳其、捷克、阿根廷各有1篇文獻。由此可以看出，研究鋰-空氣電池的國家分布比較廣泛，可知世界上許多國家的研究人員對鋰-空氣電池都比較關(guān)注，尤其是美國、韓國、日本、英國等經(jīng)濟發(fā)達國家的研究人員對其投入了較多的精力，更加重視鋰-空氣電池的研究工作。

2.4 文獻類別分析

在檢索到的鋰-空氣電池的所有文獻中，除了期刊析出文獻外，還有一篇美國專利局公布的鋰-空氣電池的專利文獻，其申請人為加利福尼亞大學(xué)董事會，專利名稱為《環(huán)境條件下鋰-空氣電池正極防水石墨烯膜》。由此可知，對鋰-空氣電池的研究在防水石墨烯膜方面取得了階段性成果，說明鋰-空氣電池存在實際應(yīng)用的可能性，對其研究具有必要性。

2.5 發(fā)表刊物分析

在發(fā)表刊物方面，檢索到的鋰-空氣電池文獻大部分都發(fā)表在 Nature和美國化學(xué)學(xué)會(ACS)的系列期刊上，Nature和美國化學(xué)學(xué)會系列期刊在國際上的影響力和地位都很高，相應(yīng)地，在此類期刊上發(fā)表文獻的學(xué)術(shù)要求也比較高，如文獻的創(chuàng)新性，研究成果在某領(lǐng)域創(chuàng)造的價值和貢獻。由此可知，研究人員對鋰-空氣電池的研究取得了一系列研究成果，而且這些成果的影響力和價值都比較高，有利于促進鋰-空氣電池的發(fā)展。

2.6 主題內(nèi)容分析

在主題內(nèi)容方面，為了解決鋰-空氣電池商業(yè)化進程中的難題，包括電解液穩(wěn)定性差、循環(huán)性能和倍率性能差以及充放電效率低等問題，研究人員主要圍繞著尋找高效催化劑、穩(wěn)定的電解質(zhì)和優(yōu)化空氣電極設(shè)計進行的新材料的制備、理論計算和電化學(xué)表征等研究。這表明研究人員為了促進鋰-空氣電池早日實現(xiàn)商業(yè)化，目前的主要研究方向是催化劑、電解質(zhì)和空氣電極的研究與設(shè)計，集中全力解決充放電循環(huán)中較高的過電位導(dǎo)致副反應(yīng)產(chǎn)物的形成以及較短的循環(huán)壽命問題。

3 總 結(jié)

鋰-空氣電池的高比能量給新能源領(lǐng)域帶來了新的希望，在該領(lǐng)域進行研究的科研人員和企業(yè)也不斷增加?；趯鼛啄陣怃?空氣電池的最新研究情況進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計與情報分析可以預(yù)見，在未來較長一段時間內(nèi)，鋰-空氣電池的基礎(chǔ)性研究仍然是該電池體系研究的重點，從未來實用化角度看，鋰-空氣電池的研究還會有很長的一段路要走。