基于CiteSpace的國(guó)內(nèi)外氫燃料電池研究知識(shí)圖譜分析

龔 林，劉 丹，張 璐，盧 輝

( 1.武漢理工大學(xué) 中國(guó)應(yīng)急管理研究中心，湖北 武漢 430070；2.武漢理工大學(xué) 安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.武漢理工大學(xué) 學(xué)生工作部，湖北 武漢 430070；4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430070)

2019年，我國(guó)化石能源占一次能源消費(fèi)的比重已達(dá)到84.7%，隨著消耗的持續(xù)增加，化石能源正面臨著枯竭的風(fēng)險(xiǎn)[1,2]。在使用化石能源的過(guò)程中，也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。氫作為清潔能源，其能量密度(140 MJ/kg)是石油能量密度的3倍，煤炭能量密度的4.5倍[3]，被視為連接可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的橋梁。氫燃料電池是一種以氫氣為燃料，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，直接將氫(燃料)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、零污染等，相關(guān)技術(shù)進(jìn)步可推動(dòng)氫氣制備、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)體系的發(fā)展升級(jí)。

在新一輪能源革命的驅(qū)動(dòng)下，世界各國(guó)高度重視氫燃料電池技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)低碳、清潔的發(fā)展模式[4]。2014年，美國(guó)發(fā)布了《全面能源戰(zhàn)略》，確定了氫能在美國(guó)交通轉(zhuǎn)型中的引領(lǐng)作用；2019年，日本修訂了《氫/燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，描述了氫能技術(shù)三步走的戰(zhàn)略；2020年，歐盟發(fā)布了《歐盟能源系統(tǒng)整合》和《氣候中性的歐洲的氫能戰(zhàn)略》，為歐洲未來(lái)30年清潔能源特別是氫能的發(fā)展指明了方向。我國(guó)也積極跟進(jìn)氫能相關(guān)的發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家能源局將氫能及燃料電池技術(shù)列為“十四五”時(shí)期能源技術(shù)裝備的重點(diǎn)任務(wù)[5]，發(fā)布了《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)2020》，闡述了氫能發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展展望和關(guān)鍵技術(shù)，從科學(xué)和數(shù)據(jù)的角度為我國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)提供行業(yè)參考和政策、投融資建議。

科學(xué)知識(shí)圖譜分析是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的[6]，被廣泛應(yīng)用于多種學(xué)科的分析和解讀，CiteSpace是CHEN等[7]開(kāi)發(fā)的基于Java平臺(tái)的一種文獻(xiàn)可視化分析軟件。在氫能源研究領(lǐng)域，已有多位學(xué)者繪制了氫能[8]、氫儲(chǔ)存[9]、制氫[10,11]等方面的知識(shí)圖譜，然而針對(duì)氫燃料電池研究領(lǐng)域尚存空缺。筆者以中國(guó)知網(wǎng)和Web of Science中氫燃料電池為主題的核心期刊論文為研究對(duì)象，從文獻(xiàn)的發(fā)表趨勢(shì)、期刊來(lái)源、研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)、高被引文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)與突現(xiàn)等方面繪制國(guó)內(nèi)外氫燃料電池研究的知識(shí)圖譜，旨在揭示1995—2021年氫燃料電池研究領(lǐng)域的知識(shí)演進(jìn)脈絡(luò)，厘清當(dāng)下研究熱點(diǎn)，為該細(xì)分領(lǐng)域的研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

(1)中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源：以中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)為文獻(xiàn)檢索平臺(tái)，在高級(jí)檢索中設(shè)置主題為“氫燃料電池”，選取核心期刊所刊載的論文作為文獻(xiàn)來(lái)源，時(shí)間段為1995.01.01—2021.10.16，精確檢索得到634篇文獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和人工逐篇閱讀篩選，最終確定398篇有效文獻(xiàn)作為樣本數(shù)據(jù)，以RefWorks格式導(dǎo)出文獻(xiàn)。

(2)英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源：在Web of Science中，選擇“Web of Science核心合集”數(shù)據(jù)庫(kù)，以“hydrogen fuel cell”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，時(shí)間段為1995.01.01—2021.10.16，引文索引選擇全部期刊，共檢索出2122篇文獻(xiàn)，以“其他文件格式”中的“純文本”導(dǎo)出文獻(xiàn)。

2 文獻(xiàn)總體概況

2.1 文獻(xiàn)發(fā)表趨勢(shì)分析

研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量變化是衡量這一領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)，也是衡量該領(lǐng)域知識(shí)積累量和成熟度的重要指標(biāo)。1995—2021年氫燃料電池領(lǐng)域中、英文文獻(xiàn)年發(fā)文量如圖1所示。

(1)中文文獻(xiàn)發(fā)文量趨勢(shì)分析：1995—2000年為起步階段，研究較少，發(fā)文量為個(gè)位數(shù)；2001—2009年為緩慢增長(zhǎng)期，發(fā)文量在2001年首次突破10篇，緩慢增長(zhǎng)且略有波動(dòng)；2010—2016年，該領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)呈下降趨勢(shì)；2017—2018年發(fā)文量回升；2019—2020年發(fā)文量下降；2021年發(fā)文量急速上升，達(dá)到峰值53篇，這與2020年國(guó)家及地方出臺(tái)了多個(gè)重要?dú)淠芟嚓P(guān)政策文件有關(guān)。從中英文文獻(xiàn)發(fā)文量對(duì)比看，中文文獻(xiàn)總量不高，篩選后核心期刊論文只有398篇，說(shuō)明目前我國(guó)在該領(lǐng)域知識(shí)積累量較少、成熟度不夠，仍需深入研究。這是由于前期國(guó)家將新能源戰(zhàn)略的關(guān)注點(diǎn)集中在鋰電池的研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)氫燃料電池的研究起步較晚，研究基礎(chǔ)較為薄弱，核心技術(shù)難以攻克，所以該領(lǐng)域的研究相對(duì)國(guó)外比較遲緩。

圖1 1995—2021年氫燃料電池領(lǐng)域中、英文文獻(xiàn)年發(fā)文量

(2)英文文獻(xiàn)發(fā)文量趨勢(shì)分析：雖然1995—1999年英文發(fā)文量為0，但該階段國(guó)外對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域已有大量研究，如美國(guó)早在1970年已提出氫經(jīng)濟(jì)概念，將氫能及燃料電池列入能源戰(zhàn)略；2000—2004年為緩慢增長(zhǎng)期且略有波動(dòng)，該階段年發(fā)文量均未超過(guò)20篇；2005—2021為穩(wěn)定增長(zhǎng)期，整體大致呈上升趨勢(shì)，年發(fā)文量達(dá)到最大值263篇。英文文獻(xiàn)發(fā)文量較多，是因?yàn)樵S多國(guó)家普遍將氫能作為推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展的重要方向，截至2021年2月，全球已有30多個(gè)國(guó)家發(fā)布了氫能路線圖，部分發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)等已把氫能規(guī)劃上升到國(guó)家能源戰(zhàn)略高度，共同推動(dòng)了氫燃料電池在國(guó)際上的研究與發(fā)展。

2.2 文獻(xiàn)期刊來(lái)源分析

通過(guò)分析文獻(xiàn)期刊的發(fā)文量來(lái)把握該領(lǐng)域的橫向研究動(dòng)態(tài)，中、英文文獻(xiàn)發(fā)文量前10的期刊(含并列)如表1所示。

(1)中文文獻(xiàn)期刊統(tǒng)計(jì)分析。從發(fā)文期刊類別看，398篇文獻(xiàn)中大多發(fā)表在化學(xué)、技術(shù)類期刊，其中電源技術(shù)47篇，占比11.809%，現(xiàn)代化工24篇，占比6.030%，化工進(jìn)展23篇，占比5.779%。排名前3期刊刊載量之和占比23.618%，由此可看出，氫燃料電池領(lǐng)域的中文發(fā)文期刊比較分散，發(fā)文較多的期刊如電源技術(shù)、現(xiàn)代化工的影響因子較低，缺乏權(quán)威性和代表性；影響因子最高的期刊是催化學(xué)報(bào)為2.741，但是發(fā)文量較少。

(2)英文文獻(xiàn)期刊統(tǒng)計(jì)分析。英文文獻(xiàn)相關(guān)研究主要刊登在能源、材料領(lǐng)域的出版物上，《JOURNAL OF POWER SOURCES》、《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》、《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》、《ENERGY》等是氫燃料電池研究領(lǐng)域的權(quán)威期刊，其影響因子均在7.000以上，反映了以上刊物在氫燃料電池研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力和學(xué)術(shù)地位。刊載量排名前3的國(guó)際期刊占比25.353%，表明氫燃料電池領(lǐng)域的英文發(fā)文期刊也比較分散，還未形成相對(duì)集中的氫燃料電池研究刊物群。

表1 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來(lái)源期刊統(tǒng)計(jì)

2.3 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)分布特征

1995—2021年在氫燃料電池研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)較大的10大機(jī)構(gòu)如表2所示，按發(fā)表氫燃料電池領(lǐng)域的論文數(shù)量進(jìn)行排序。在國(guó)內(nèi)外氫燃料電池的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)中，除了美國(guó)能源部外，發(fā)文量前8的機(jī)構(gòu)均來(lái)自韓國(guó)。主要原因在于，一方面韓國(guó)政府將氫能研發(fā)列為“21世紀(jì)前沿科學(xué)計(jì)劃”的主攻技術(shù)領(lǐng)域之一，并成立了“氫能研發(fā)中心”，在“能源技術(shù)研發(fā)的10年計(jì)劃”框架下開(kāi)展氫燃料電池研究[12]；另一方面，韓國(guó)最大車企現(xiàn)代汽車公司也推動(dòng)了對(duì)氫燃料電池的研究，早在1998年就專門(mén)針對(duì)車用燃料電池堆和系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)成立了麻北生態(tài)技術(shù)研究院?？傮w來(lái)看，在發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)中，篇均被引次數(shù)最高的是墨西哥的國(guó)立自治大學(xué)，高達(dá)47.61。我國(guó)研究機(jī)構(gòu)尚未出現(xiàn)在前10排名中，說(shuō)明了我國(guó)在氫燃料電池領(lǐng)域的研究尚有欠缺，存在很大的發(fā)展空間。

表2 氫燃料電池排名前10的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)

2.4 十大高被引文獻(xiàn)分析特征

高被引文獻(xiàn)是指被引用頻次較高，被引用周期相對(duì)較長(zhǎng)的學(xué)術(shù)論文，反映論文的影響力及其在學(xué)術(shù)交流中的作用和地位。考慮文獻(xiàn)被引次數(shù)的多少會(huì)受到發(fā)表時(shí)間長(zhǎng)短的影響，論文所獲得的影響力往往會(huì)出現(xiàn)延遲的情況，選取年均被引次數(shù)大于其“年齡”(2021年與論文發(fā)表年份之差)的文獻(xiàn)[13]，國(guó)內(nèi)外氫燃料電池領(lǐng)域年均被引用次數(shù)最多的10篇論文如表3所示，可知高被引文獻(xiàn)大部分來(lái)自發(fā)文總量較多的國(guó)家，有7篇出自韓國(guó)和美國(guó)，年均被引頻次最高的文獻(xiàn)來(lái)自德國(guó)，德國(guó)屬于歐盟成員國(guó)，全球70%以上的燃料電池與氫能示范項(xiàng)目在歐洲開(kāi)展，德國(guó)處于領(lǐng)先位置。排名第5的文獻(xiàn)來(lái)自中國(guó)，發(fā)表年份較近為2019年，說(shuō)明近年來(lái)我國(guó)對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注和成效大幅提升。

表3 氫燃料電池研究領(lǐng)域被引次數(shù)排名前10的文獻(xiàn)

3 氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展脈絡(luò)分析

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜分析

關(guān)鍵詞代表了一篇文獻(xiàn)的核心思想和主題，當(dāng)多篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞表現(xiàn)出顯著的一致性時(shí)，說(shuō)明文獻(xiàn)之間具有相關(guān)性。對(duì)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，能更直觀地挖掘某一領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點(diǎn)和方向[14]。中英文文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖2所示，節(jié)點(diǎn)代表高頻關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)越大，出現(xiàn)頻率越高；紫色外圈表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的年份較早且仍然是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)；各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連線表示兩端的關(guān)鍵詞在同一篇文獻(xiàn)出現(xiàn)，線的粗細(xì)與共現(xiàn)頻次呈正相關(guān)。

圖2 氫燃料電池關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

(1)中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析：中文關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，共有508個(gè)節(jié)點(diǎn)，943條連線，頻次選擇前10(含并列，共12個(gè))的關(guān)鍵詞列入表4。關(guān)鍵詞的頻次代表研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)情況，在1995—2021年，氫燃料電池(171)、制氫(65)、氫能(59)的節(jié)點(diǎn)較大，與其他節(jié)點(diǎn)連線數(shù)量較多，是氫燃料電池研究領(lǐng)域的重要研究主題；關(guān)鍵詞催化劑(34)、甲醇(19)、氫氣(18)等節(jié)點(diǎn)次之。中心度表示節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要性，值越大，影響程度越大。中介中心性大于等于0.10的節(jié)點(diǎn)被稱為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，燃料電池(0.72)、制氫(0.20)、氫能(0.26)、催化劑(0.13)的中心度均大于0.10，說(shuō)明這些關(guān)鍵詞在氫燃料電池研究中有著明顯的承上啟下的作用。

表4 氫燃料電池高頻次關(guān)鍵詞

(2)英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析：英文關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，共有576個(gè)節(jié)點(diǎn)，2218條連線，頻次選擇前10(含并列，共11個(gè))的關(guān)鍵詞列入表4。在2000—2021年，performance(335)節(jié)點(diǎn)最大，與其他節(jié)點(diǎn)連線數(shù)量較多，是英文文獻(xiàn)在氫燃料電池研究領(lǐng)域的重要方向；system(148)、catalyst(119)、nanoparticle(110)等節(jié)點(diǎn)頻次次之。composite、fuel cell的中心度等于0.10，說(shuō)明這兩個(gè)詞有承前啟后的作用，研究熱點(diǎn)之間轉(zhuǎn)化關(guān)系較強(qiáng)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的“中介”作用能力強(qiáng)。

按照氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的上游、中游、下游分類，進(jìn)一步介紹其產(chǎn)業(yè)概況，結(jié)果如表5所示。我國(guó)1995—2021年氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈上游涉及各種制氫和儲(chǔ)氫的研究，如甲醇制氫、硼氫化鈉制氫、水解制氫、乙醇制氫、二甲醚制氫、生物制氫、儲(chǔ)氫材料、加氫站等；中游與氫燃料電池零件方面的研究有關(guān)，包括燃料電池、催化劑、雙極板、電極、膜電極、導(dǎo)電率、添加劑等，但以上研究論文數(shù)量不多，仍需大量的后續(xù)研究；下游與氫燃料電池的應(yīng)用有關(guān)，目前零散分布于交通、工業(yè)等行業(yè)。此外，還包含了一些其他意義寬泛的關(guān)鍵詞，如清潔能源、凈化、環(huán)境、碳中和、節(jié)能減排等?？傮w而言，對(duì)氫燃料電池核心部件的研究較少，技術(shù)成熟度低，導(dǎo)致氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈整體較為薄弱。

表5 關(guān)鍵詞分類

3.2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)知識(shí)圖譜分析

突現(xiàn)詞即突現(xiàn)主題詞，是從大量主題詞中將時(shí)間變化率高、頻次增長(zhǎng)速度快的詞匯中探測(cè)出來(lái)，能反映研究熱點(diǎn)和學(xué)術(shù)前沿。關(guān)鍵詞在某段時(shí)間內(nèi)突然發(fā)生改變，表示研究方向的變化[15]。氫燃料電池1995—2021年中文關(guān)鍵詞、突現(xiàn)強(qiáng)度、突現(xiàn)持續(xù)時(shí)間如表6所示。

(1)突現(xiàn)強(qiáng)度較大的關(guān)鍵詞是“甲醇”(4.96)和“氫源”(4.49)，表明在1999—2000年，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)“甲醇”、“氫源”的研究熱度高。從突現(xiàn)時(shí)間來(lái)看，“氫源”、“甲醇”和“電極”的突現(xiàn)時(shí)間較早，說(shuō)明早期對(duì)以上3者關(guān)注較多。甲醇制氫可在站內(nèi)制氫，現(xiàn)制現(xiàn)用，無(wú)需H2的大量運(yùn)輸與儲(chǔ)存。甲醇制氫技術(shù)作為加氫站氫源優(yōu)勢(shì)明顯，不僅原料廣泛，而且經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)能減排效果明顯，具有實(shí)用性。膜電極組件是燃料電池的核心部分，目前第一代、第二代膜電極組件已基本成熟，國(guó)內(nèi)新源動(dòng)力、武漢新能源等公司均可以提供膜電極產(chǎn)品。

(2)2004—2014年，“制氫”、“硼氫化鈉”、“氧化鋁”、“氫能源”、“新能源”、“氫氣”關(guān)鍵詞明顯突現(xiàn)，“硼氫化鈉”水解制氫、“氧化鋁”作催化劑、“氫能源”、“氫氣”等說(shuō)明這一階段的研究重點(diǎn)是制氫，而如何降低制氫成本是推廣氫燃料電池的重要環(huán)節(jié)之一。

(3)2015—2021年，“電動(dòng)汽車”、“氫儲(chǔ)能”和“加氫站”開(kāi)始突現(xiàn)。國(guó)內(nèi)汽車所依賴的能源主要是不可再生的化石能源，要降低對(duì)石油的依賴，道路交通是關(guān)鍵的一環(huán)。氫是理想的可替代清潔能源，但氫是最輕的元素，也是最小的分子，常溫常壓下氫的密度只有水的萬(wàn)分之一，因此存在高密度儲(chǔ)存氫的難題，容易造成氫氣泄漏。新建加氫站和將現(xiàn)有的加油站改造成加氫站成本高、難度大，加氫站的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本高出普通加油站近10倍左右[16]，在氫燃料電池車發(fā)展初期，加氫站的數(shù)量和布局是制約市場(chǎng)規(guī)模的重要因素。在加氫站設(shè)備方面，氫氣壓縮機(jī)、加注機(jī)等主要依賴國(guó)外進(jìn)口，缺乏自主權(quán)。

表6 氫燃料電池領(lǐng)域從 1995—2021 年中文突現(xiàn)詞、突現(xiàn)強(qiáng)度及突現(xiàn)持續(xù)時(shí)間

氫燃料電池2011—2021年英文關(guān)鍵詞、突現(xiàn)強(qiáng)度、突現(xiàn)持續(xù)時(shí)間如表7所示。

表7 氫燃料電池領(lǐng)域 2011—2021 年英文突現(xiàn)詞、突現(xiàn)強(qiáng)度及突現(xiàn)持續(xù)時(shí)間

(1)突現(xiàn)強(qiáng)度大的關(guān)鍵詞是“mixture”(8.67)、“electrode”(6.74)和“hydride”(6.24)，表明英文文獻(xiàn)對(duì)氫燃料電池混合電動(dòng)車、電極、氫化物的研究熱度較高。氫燃料電池混合動(dòng)力車采用蓄電池作為輔助動(dòng)力源和燃料電池并聯(lián)，共同為汽車提供能力，它與傳統(tǒng)汽車相比，有一系列的顯著優(yōu)勢(shì)：反應(yīng)產(chǎn)物為水，不存在電氣干擾；線路條件與非電氣化線路安全兼容；受氣候影響小，有快速、高效的應(yīng)急作用等。“electrode”對(duì)應(yīng)的是對(duì)膜電極組件(membrane electrode assembly，MEA)的研究，膜電極制備技術(shù)已演化為第三代膜電極，而第三代膜電極的有序結(jié)構(gòu)不僅有效降低了傳質(zhì)阻力，還增加了電池催化活性而降低Pt載量，提高了膜電極的耐久性。但有序化膜電極中，除了3M公司的納米超薄膜電極可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以外，其余的還處于研發(fā)階段。氫化物方面的多為研究利用金屬氫化物儲(chǔ)氫，相對(duì)于其他的儲(chǔ)氫方式，金屬氫化物儲(chǔ)氫具有壓力平穩(wěn)、充氫簡(jiǎn)單、安全方便等優(yōu)點(diǎn)，單位體積儲(chǔ)氫的密度可達(dá)相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。

(2)2011—2016年，“mixture”、“film”、“hydride”、“hydrogen storage”、“dynamics”、“electrode”等關(guān)鍵詞開(kāi)始突現(xiàn)?！癴ilm”是指薄膜，在一塊氫燃料電池中，經(jīng)常會(huì)用到全氟磺酸薄膜，但它會(huì)隨著時(shí)間的推移而慢慢磨損，造成對(duì)電池的損傷。但檢測(cè)薄膜品質(zhì)好壞幾乎不可能，而替換組裝好的膜電極則成本高昂，故學(xué)者們對(duì)薄膜展開(kāi)了大量的研究，終于在2017年美國(guó)特拉華大學(xué)研究員成功研發(fā)一種可以自愈的薄膜，有利于延長(zhǎng)氫燃料電池的使用壽命?！癲ynamics”是指動(dòng)力學(xué)模型，可用于氫燃料電池領(lǐng)域的相關(guān)研究。對(duì)比表6和表7可知，“hydrogen storage”在2012年突現(xiàn)開(kāi)始，2015年突現(xiàn)結(jié)束，而中文文獻(xiàn)對(duì)“氫儲(chǔ)能”的研究相對(duì)滯后，在2016年才開(kāi)始突現(xiàn)；2004—2014年中文文獻(xiàn)的主要突現(xiàn)關(guān)鍵詞為制氫，研究方向單一，缺少多元化發(fā)展。

(3)2016—2021年，“exchange membrane”和“energy storage”關(guān)鍵詞開(kāi)始突現(xiàn)，相對(duì)于中文文獻(xiàn)的近5年關(guān)鍵詞突現(xiàn)，英文文獻(xiàn)對(duì)“電動(dòng)汽車”、“加氫站”的研究雖沒(méi)有產(chǎn)生關(guān)鍵詞突現(xiàn)，但氫燃料電池在美國(guó)、歐洲和日本等地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)示范階段，并加速了加氫站的建設(shè)。根據(jù)國(guó)外H2stations網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全球共有553個(gè)加氫站投入運(yùn)營(yíng)，2020年新投運(yùn)107座加氫站。在“exchange membrane”研究方面，國(guó)際上所使用的質(zhì)子交換膜(PEM)類型包含改性全氟磺酸(PFSA)膜、磺化烴類聚合物(SHPs)及其復(fù)合膜、磷酸(H3PO4)摻雜的PBI和ABPBI膜、酸堿膜4類。而全氟磺酸型PEM因具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，而被廣泛應(yīng)用。目前PEM基本由國(guó)外壟斷和控制，國(guó)內(nèi)仍處于研究階段，尚未達(dá)到量產(chǎn)能力。

4 結(jié)論

運(yùn)用知識(shí)圖譜的方法，對(duì)1995—2021年在中國(guó)知網(wǎng)和Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中刊載的氫燃料電池文獻(xiàn)進(jìn)行知識(shí)圖譜分析，結(jié)論如下：

(1)從發(fā)表趨勢(shì)看，中、英文獻(xiàn)年發(fā)文量均呈波動(dòng)式增長(zhǎng)，但中文文獻(xiàn)總發(fā)文量?jī)H有398篇，表明我國(guó)在氫燃料電池領(lǐng)域的知識(shí)積累量較少、成熟度不夠，仍需深入研究。從期刊來(lái)源看，中文文獻(xiàn)大多來(lái)自化學(xué)、技術(shù)類期刊，但發(fā)文量較高的期刊影響因子較低，缺乏權(quán)威性，且發(fā)文期刊分散；英文文獻(xiàn)在化學(xué)、技術(shù)類權(quán)威期刊發(fā)文量較多，但尚未形成相對(duì)集中的氫燃料電池研究刊物群。

(2)從關(guān)鍵機(jī)構(gòu)看，發(fā)文量較多的機(jī)構(gòu)大部分來(lái)自于韓國(guó)，這與韓國(guó)政府對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域的重視程度和韓國(guó)最大車企現(xiàn)代汽車公司的推動(dòng)有關(guān)；我國(guó)在該領(lǐng)域存在很大的發(fā)展空間。從高被引文獻(xiàn)看，高被引文獻(xiàn)大多來(lái)自韓國(guó)和美國(guó)，年均被引次數(shù)最高的來(lái)自德國(guó)，表明這些國(guó)家在氫燃料電池領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

(3)從關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜看，中文文獻(xiàn)的氫燃料電池、制氫、氫能節(jié)點(diǎn)較大，與其他節(jié)點(diǎn)連線多，燃料電池、制氫、氫能、催化劑中介中心性均大于0.1；英文文獻(xiàn)的performance節(jié)點(diǎn)最大、連線最多，composite、fuel cell具有承前啟后的作用。從關(guān)鍵詞突現(xiàn)知識(shí)圖譜看，中文關(guān)鍵詞突現(xiàn)相對(duì)單一，缺乏多元化研究，部分研究較滯后，對(duì)電動(dòng)汽車、加氫站的研究是目前潛在的研究熱點(diǎn)。

(4)從氫燃料電池的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，氫燃料電池是當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，尚處于初期階段，研究深度和廣度有待加強(qiáng)，研究對(duì)象的多元化有待提升，“卡脖子”的關(guān)鍵材料與核心部件的批量生產(chǎn)技術(shù)尚未形成，如催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等仍主要依靠進(jìn)口。另外，氫燃料電池的使用成本高、產(chǎn)業(yè)鏈的不健全、產(chǎn)業(yè)政策不完善等問(wèn)題也制約了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)優(yōu)化制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)，降低氫燃料電池使用成本；加強(qiáng)研發(fā)投入，掌握核心技術(shù)，建設(shè)產(chǎn)業(yè)集群；科學(xué)制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，構(gòu)建政策保障體系，才能真正實(shí)現(xiàn)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的突破與優(yōu)化，未來(lái)在清潔、經(jīng)濟(jì)、高效的核心部件與材料研發(fā)方面，具有廣闊的科研前景。