國家自然科學(xué)基金燃料電池領(lǐng)域項目資助情況研究

丹 英，范旭輝，王曉麗，劉 華，高 楠，傅智杰

（1.中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100038；2.中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088；3.中國工程院，北京 100088）

燃料電池是將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置[1]，又稱電化學(xué)發(fā)電器，是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第4 種發(fā)電技術(shù)[2]。與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)電過程環(huán)境友好，在航天航空、電動車輛、移動通信、移動電源與分布電站等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被視為21 世紀(jì)最理想的發(fā)電技術(shù)之一[3]。燃料電池作為能源發(fā)展戰(zhàn)略的重點領(lǐng)域，獲得了大量的政策支持。2016 年3 月，國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030 年）》，將氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新、先進(jìn)儲能技術(shù)創(chuàng)新等列為15 項重點創(chuàng)新任務(wù)[4]。2020 年，科技部啟動了國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項，將重點突破質(zhì)子交換膜、氣體擴散層碳紙和車用燃料電池催化劑批量制備等共性關(guān)鍵技術(shù)[5]。2022 年3 月國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》，明確了要加快推進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrance fuel cell，PEMFC）技術(shù)創(chuàng)新，支持新型燃料電池等技術(shù)發(fā)展[6]。

國家自然科學(xué)基金作為中國支持基礎(chǔ)研究的主渠道之一，促進(jìn)了燃料電池領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、可持續(xù)發(fā)展以及自主創(chuàng)新能力的提升?；趪易匀豢茖W(xué)基金資助項目數(shù)據(jù)視角，開展燃料電池研究分析，更具有政策引導(dǎo)性和基礎(chǔ)科學(xué)前瞻性。本文采用文獻(xiàn)計量學(xué)和主題聚類方法，從資助項目數(shù)量與金額、資助格局、資助來源、受資助區(qū)域和受資助機構(gòu)等維度進(jìn)行了計量分析，從資助熱點主題、主要結(jié)構(gòu)組件以及產(chǎn)業(yè)鏈等維度進(jìn)行了主題挖掘，以期為該領(lǐng)域科研人員把握技術(shù)發(fā)展態(tài)勢和基金項目申報提供參考，為中國燃料電池技術(shù)發(fā)展助力。

本文中所有分析數(shù)據(jù)來源于中國工程科技知識中心和中國科學(xué)技術(shù)信息研究所構(gòu)建的“全球科研項目數(shù)據(jù)庫”。以“燃料電池”為檢索詞，在項目名稱、項目關(guān)鍵詞和項目摘要3 個字段中分別進(jìn)行檢索，檢索時間范圍為1990—2019 年，共檢索出資助項目1 770 項，通過人工判讀，剔除不相關(guān)項目后保留1 635 項，并對燃料電池的種類、技術(shù)體系等字段進(jìn)行了二次標(biāo)引，深度揭示項目內(nèi)容，形成分析數(shù)據(jù)集。為保證分析結(jié)果的完整性和準(zhǔn)確性，本文還對數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)補充、數(shù)據(jù)清洗和人工標(biāo)引等處理，利用VOSviewer 等分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化展示。

1 總體資助態(tài)勢

1.1 資助項目數(shù)量與金額

科研經(jīng)費是技術(shù)創(chuàng)新能力提升的保障之一，國家自然科學(xué)基金在燃料電池領(lǐng)域給予了大量的經(jīng)費資助，有效地促進(jìn)了該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。1990—2019 年，國家自然科學(xué)基金共資助項目1 635 項，總資助金額達(dá)到78 226.04 萬元，項目的平均資助強度為47.84 萬元/項。資助項目的數(shù)量與金額分布情況如圖1 所示，可以看出，在“十一五”和“十二五”期間，資助項目數(shù)量與金額均進(jìn)入快速增長階段，“十三五”期間，資助項目數(shù)量與金額則有所下降，但其平均資助強度整體呈現(xiàn)出大幅增長的趨勢。

1.2 資助格局分布

為了適應(yīng)基礎(chǔ)研究資助管理的階段性發(fā)展需求，統(tǒng)籌基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵要素，國家自然科學(xué)基金在其“十三五”發(fā)展規(guī)劃中提出將資助格局調(diào)整為探索、人才、工具和融合四大系列[7]。其在燃料電池領(lǐng)域的資助格局分布（按金額統(tǒng)計）如圖2 所示，可以看出，國家自然科學(xué)基金在燃料電池領(lǐng)域的資助重心是探索系列和人才系列。探索系列涉及的資助項目數(shù)量與金額最多，資助項目數(shù)量為845 項，資助金額為51 633.04 萬元，占比66.00%。此外，國家自然科學(xué)基金在2017 年增加了工具系列的資助，批準(zhǔn)了一項國家重大科研儀器研制項目“大功率氫燃料電池電堆綜合測試儀的研制”，使燃料電池領(lǐng)域的資助計劃得到了系統(tǒng)性完善。

圖2 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助項目的總體格局分布

就具體的項目類型而言，不論是資助項目的數(shù)量，還是資助金額，面上項目均位列第一，資助項目數(shù)量為757 項，資助金額達(dá)40 837.20 萬元，占比52.20%；其次是青年科學(xué)基金，資助項目數(shù)量為645 項，資助金額達(dá)14 591.90 萬元，占比18.65%。聯(lián)合基金作為國家自然科學(xué)基金吸引多元化投入的主要方式，取得了積極效果，促進(jìn)了科學(xué)研究產(chǎn)學(xué)研合作和科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化[8]。聯(lián)合基金共資助燃料電池項目4 713 萬元，在其發(fā)布的“2019 年項目指南”聯(lián)合基金項目中，下屬“中國汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金”項目確認(rèn)接收電動化、輕量化和智能化三大方向的重點支持項目申請。直接費用資助強度為250 萬元/項，資助期限為4 年。其中在電動化方向的8 項細(xì)分項目中有2 項涉及燃料電池，占據(jù)細(xì)分項目申報總數(shù)的1/4[9]。

1.3 資助來源分布

為了更好地適應(yīng)各學(xué)科發(fā)展的需要，國家自然科學(xué)基金委員會共設(shè)置9 個科學(xué)部①由于國家自然科學(xué)基金（NSFC）交叉科學(xué)部成立于2020 年11 月，故本次統(tǒng)計不涉及。，負(fù)責(zé)各學(xué)科項目的資助與管理。燃料電池是一個跨學(xué)科多領(lǐng)域的系統(tǒng)，因此，也受到了國家自然科學(xué)基金委員會多個科學(xué)部的資助。圖3 展示了國家自然科學(xué)基金燃料電池研究的主要資助來源分布情況，其中，化學(xué)科學(xué)部和工程與材料科學(xué)部是資助燃料電池研究項目數(shù)量與金額最多的兩個科學(xué)部，金額占比分別達(dá)到51.03%和39.33%。

圖3 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金燃料電池研究主要資助來源分布

此外，燃料電池的研究與其他學(xué)科也存在交叉。其中，生命科學(xué)部、地球科學(xué)部和醫(yī)學(xué)科學(xué)部的35項基金項目，研究內(nèi)容多集中在酶生物燃料電池和微生物燃料電池方向；信息科學(xué)部的47 項基金項目，研究內(nèi)容多聚焦于燃料電池動力系統(tǒng)集成與優(yōu)化。

1.4 受資助區(qū)域分布

國家自然科學(xué)基金資助區(qū)域分布在一定程度上也代表基礎(chǔ)研究力量的地理分布。在燃料電池研究領(lǐng)域，各地區(qū)獲得的資助項目數(shù)量與金額分布不均衡（見圖4），國家自然科學(xué)基金的資助經(jīng)費更多地流向了北京、上海等集聚了全國強大科技資源的區(qū)域。此外，由于中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、大連理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)和華中科技大學(xué)等機構(gòu)受到的資助較多，因此遼寧、湖北等區(qū)域排名靠前。資助占比高于5%的9 個區(qū)域，占國家自然科學(xué)基金總資助金額的71.13%，資助力度相對集中，也體現(xiàn)出燃料電池研究力量的相對集中。

圖4 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金受資助區(qū)域分布

1.5 受資助機構(gòu)分布

在燃料電池領(lǐng)域，共有299 個機構(gòu)受到國家自然科學(xué)基金資助，其中包括255 所高校，42 家科研院所和2 家企業(yè)，如表1 所示。高校、科研院所及企業(yè)獲得的資助項目數(shù)量與金額相差很大。其中，高校獲得項目的數(shù)量與金額分別占總量的86.18%和85.64%，由此可見高校是燃料電池領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的主力軍。科研院所類機構(gòu)共有42 家，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所承擔(dān)項目71 項，其中含4 項重大研究計劃項目和1 項重大項目，金額達(dá)3 628.80 萬元，位居第一，整體科研實力表現(xiàn)突出。受國家自然科學(xué)基金資助的企業(yè)僅有兩家，分別為鋼鐵研究總院和北京有色金屬研究總院，共獲得3 項項目資助，金額合計為135.00 萬元。從資助項目數(shù)量與金額來看，科研院所和企業(yè)受國家自然科學(xué)基金資助項目與金額較少，但就資助強度而言，高校、科研院所和企業(yè)之間相對均衡。

表1 1990—2019 年燃料電池領(lǐng)域受國家自然科學(xué)基金資助的機構(gòu)類型分布

表2 列出了燃料電池領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金資助金額排名前10 位的研究機構(gòu)，可以看出，資助金額均在2 000 萬元以上，機構(gòu)類型多為“雙一流”高校。從所獲資助金額分布來看，資助金額排名前10 位的研究機構(gòu)獲得了33.74%的科學(xué)基金項目經(jīng)費，資助經(jīng)費相對集中。從資助強度來看，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所排名第一位，這主要是因為其承擔(dān)了重點項目、聯(lián)合基金項目和國際（地區(qū)）合作交流項目各2 項，資助金額較高。

表2 1990—2019 年燃料電池領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金資助金額排名前10 位的研究機構(gòu)

2 燃料電池技術(shù)資助情況分析

2.1 燃料電池領(lǐng)域資助熱點主題

2.1.1 研究熱點

為體現(xiàn)國家自然科學(xué)基金對于燃料電池領(lǐng)域總體的資助熱點，本文基于資助項目的標(biāo)題和關(guān)鍵詞進(jìn)行主題聚類分析（見圖5）。聚類結(jié)果體現(xiàn)在兩個維度：

圖5 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助項目的主題聚類圖

（1）電池種類

目前受到資助的4 種主要燃料電池類型為質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、直接甲醇燃料電池和微生物燃料電池。研究熱點主要集中在以下4 個方面：①質(zhì)子交換膜燃料電池。由于其啟動快、操作溫度低、結(jié)構(gòu)緊湊和功率密度高，自2010 年起成為研究熱點。當(dāng)前受資助項目的研究主要涉及高溫質(zhì)子交換膜、堿性陰離子交換膜和復(fù)合質(zhì)子交換膜等內(nèi)容，例如，西安交通大學(xué)申獲的“車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆多尺度模擬方法及測試技術(shù)研究”、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所申獲的“多組分協(xié)同團簇基新型PEMFC 催化劑研究”等項目。②固體氧化物燃料電池。組成固體氧化物燃料電池單體的電解質(zhì)、陽極和陰極，特別是鈣鈦礦陰極材料，都是目前資助項目的研究熱點。固體氧化物燃料電池的優(yōu)勢在于分布式發(fā)電和熱電聯(lián)供，目前已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段[10]。此外，學(xué)者也正在努力研究中低溫固體氧化物燃料電池，使固體氧化物燃料電池有更為廣泛的應(yīng)用。③直接甲醇燃料電池。該類電池直接以甲醇為燃料，省去重整制氫過程，也是目前研究和開發(fā)的熱點。在國家自然科學(xué)基金資助項目中，膜電極和質(zhì)子交換膜是兩個主要的研究方向。④微生物燃料電池。該類電池以產(chǎn)電微生物作為催化劑，氧化有機物及無機物并產(chǎn)生電能,其在污水處理、與其他系統(tǒng)耦合等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[11]。產(chǎn)電微生物如何在生物組分和電極之間進(jìn)行有效的電子傳遞也是國家自然科學(xué)基金資助的重要內(nèi)容之一。

（2）關(guān)鍵技術(shù)

除了以上4 類燃料電池，國家自然科學(xué)基金資助的另一個研究熱點是氧還原反應(yīng)及其催化劑，氧還原反應(yīng)是燃料電池正極的核心反應(yīng),其動力學(xué)快慢很大程度上決定了整個電池的工作效率高低[12]。相關(guān)資助主要體現(xiàn)在3 個方面：①非鉑類催化劑、非貴金屬催化劑、石墨烯、納米催化劑和鈀基催化劑等的設(shè)計與開發(fā)；②雜原子摻雜碳材料在酸性介質(zhì)（如甲酸）中的活性；③催化劑的組分（如鉑基貴金屬、非貴金屬和非金屬）、載體（如介孔碳）和結(jié)構(gòu)因素（如共摻雜、氮摻雜）對于催化劑性能的影響。

2.1.2 變化趨勢

為體現(xiàn)國家自然科學(xué)基金在燃料電池領(lǐng)域資助熱點的變化，也考慮到其對于燃料電池領(lǐng)域的資助從2006 年開始大幅增長，本文選取詞頻高于100 次的8 個關(guān)鍵詞（“固體氧化物燃料電池”“質(zhì)子交換膜燃料電池”“微生物燃料電池”“氧還原反應(yīng)”“催化劑”“電催化”“石墨烯”和“直接甲醇燃料電池”），針對2006—2019 年國家自然科學(xué)基金的資助熱點進(jìn)行詞頻統(tǒng)計，其年度變化趨勢如圖6 所示。

圖6 2006—2019 年國家自然科學(xué)基金資助熱點的年度變化趨勢

就燃料電池種類而言，固體氧化物燃料電池自2006 年以來受到了國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助，資助項目數(shù)量較多，只是在2008 年、2012 年和2017 年分別少于質(zhì)子交換膜燃料電池和微生物燃料電池；質(zhì)子交換膜燃料電池也受到了國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助，但起伏較大，2013—2018 年受到資助的項目較多；微生物燃料電池2009—2016 年受到的資助項目較多，在2012 年達(dá)到頂峰，高于固體氧化物燃電池和質(zhì)子交換膜燃料電池；除了2019 年，直接甲醇燃料電池一直受到國家自然科學(xué)基金資助，但整體數(shù)量不多。

就關(guān)鍵技術(shù)而言，氧還原反應(yīng)、催化劑和電催化自2006 年以來受到了國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助，但資助趨勢各有不同。氧還原反應(yīng)相關(guān)研究在2010—2017 年受到國家自然科學(xué)基金資助的項目較多，相對集中；催化劑在各個年份受到國家自然科學(xué)基金資助的項目相對均衡，數(shù)量不多；而電催化在2010—2015 年受到國家自然科學(xué)基金資助的項目較多，相對集中。石墨烯材料在燃料電池中的應(yīng)用主要在2009—2016 年受到國家自然科學(xué)基金的資助，在2011—2015 年受到資助的項目較多，體現(xiàn)出階段性資助的特點。

2.2 主要結(jié)構(gòu)組件資助情況

燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽極）、空氣極（陰極）及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成[13]。所涉及的核心組件主要包括雙極板、電解質(zhì)、擴散層和催化劑等。為了更全面地體現(xiàn)國家自然科學(xué)基金對各個結(jié)構(gòu)組件的資助情況，本文分別從資助項目數(shù)量與金額和主要結(jié)構(gòu)組件的資助熱點兩個方面進(jìn)行分析。

2.2.1 資助項目數(shù)量與金額分布

通過分析1990—2019 年國家自然科學(xué)基金對燃料電池主要結(jié)構(gòu)組件的資助情況可知（見表3），資助主要集中在催化劑、電極和電解質(zhì)三大類，其中燃料電池催化劑相關(guān)研究受到資助金額最多，達(dá)到31 526.90 萬元，占比40.30%。

表3 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金對燃料電池主要結(jié)構(gòu)組件的資助情況

2.2.2 主要結(jié)構(gòu)組件的資助熱點

鑒于催化劑、電極和電解質(zhì)是受到資助最多的結(jié)構(gòu)組件，為了直觀地體現(xiàn)資助熱點，本文針對這三大類，分別繪制可視化聚類圖，并進(jìn)行分析。

（1）催化劑

催化劑是燃料電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件，決定了燃料電池的工作性能。質(zhì)子交換膜燃料電池多采用鉑等貴金屬作為催化劑，甲醇燃料電池使用較多的是鉑基負(fù)載型催化劑，如Pt/C 催化劑或PtM/C 合金催化劑等[14]。固體氧化物燃料電池、堿性燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池可采用過渡金屬鎳、鈷和錳等非貴金屬作為催化劑，對于貴金屬催化劑的依賴性較低[15]。

金屬鉑是常用的催化劑，但其資源短缺、價格昂貴、穩(wěn)定性差且存在陽極毒化的問題，成為制約燃料電池發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素[16]。因此，開發(fā)性能優(yōu)異、成本低廉的非貴金屬氧還原催化劑已成為燃料電池進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。對催化劑項目主題進(jìn)行聚類分析（見圖7），目前研究熱點主要集中在提高鉑基陰極氧還原催化劑的穩(wěn)定性與利用率；改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)以降低鉑負(fù)載量；降低燃料電池成本和開發(fā)尋找完全可以替代鉑、低成本和資源豐富的非鉑催化劑等技術(shù)內(nèi)容。

圖7 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助的催化劑項目主題聚類圖

受國家自然科學(xué)基金資助，中國燃料電池催化劑研究領(lǐng)域取得了許多重要進(jìn)展。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳長征教授實驗課題組和吳恒安教授研究理論計算課題組合作，合成了超小尺寸的鉑基金屬間化合物電催化劑，實現(xiàn)燃料電池的高功率放電和長久循環(huán)穩(wěn)定性，并揭示了電池內(nèi)三相界面的傳質(zhì)機制[17]。華中科技大學(xué)夏寶玉教授團隊在燃料電池催化材料服役與失效領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，實現(xiàn)了高穩(wěn)定性一維結(jié)構(gòu)和高活性合金空心結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合[18]。重慶大學(xué)魏子棟、丁煒團隊開發(fā)了在高濃度一氧化碳和氫氣共存條件下仍可實現(xiàn)高選擇性氫氧化的釕基低溫燃料電池催化劑[19]。

（2）電極

電極分為陽極和陰極兩部分，是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場所，其性能的影響因素在于觸媒性能、電極材料與電極制程工藝等[20]。從圖8 可以看出，燃料電池電極研究內(nèi)容集中在固體氧化物燃料電池、微生物燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池的電極材料和電催化性能等方向。

圖8 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助的電極項目主題聚類圖

（3）電解質(zhì)

電解質(zhì)是燃料電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組件，在陰極和陽極間形成導(dǎo)電通路。不同類型的燃料電池所采用的電解質(zhì)各不相同：固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)通常采用螢石型和鈣鈦礦型氧化物電解質(zhì)材料等[21]；磷酸鹽型燃料電池的電解質(zhì)為濃磷酸水溶液；堿性燃料電池以堿性溶液為電解質(zhì)；熔融碳酸鹽型燃料電池電解質(zhì)一般為熔融態(tài)碳酸鹽混合物[22]。

從圖9 可以看出，質(zhì)子交換膜是目前燃料電池電解質(zhì)的研究熱點。質(zhì)子交換膜為固態(tài)的高分子聚合物膜，是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心結(jié)構(gòu)組件，對電池性能起關(guān)鍵作用，除全氟磺酸膜外，學(xué)者對多種磺化聚合物（如磺化聚酰亞胺、磺化聚芳醚）等在燃料電池中的應(yīng)用也進(jìn)行了相關(guān)研究。此外，高溫質(zhì)子交換膜、堿性陰離子交換膜和自增濕功能復(fù)合膜等也是國家自然科學(xué)基金資助的研究熱點[3]。

圖9 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助的電解質(zhì)項目主題聚類圖

受國家自然科學(xué)基金資助，中國在燃料電池電解質(zhì)研究方面取得了一系列重要進(jìn)展。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）吳艷團隊、東南大學(xué)朱斌團隊和湖北大學(xué)黃敏團隊合作，解決了半導(dǎo)體異質(zhì)界面場誘導(dǎo)金屬態(tài)限域質(zhì)子傳輸破解燃料電池研究中的關(guān)鍵難題[23]。中國地質(zhì)大學(xué)程寒松教授團隊制備了一種新型的基于磺化聚醚醚酮和溴化聚苯醚的復(fù)合質(zhì)子交換膜[24]。

2.3 產(chǎn)業(yè)鏈資助分布

在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，上游是燃料生產(chǎn)與供應(yīng)，中游是燃料電池系統(tǒng)，下游是燃料電池應(yīng)用。為了解國家自然科學(xué)基金資助在整個燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈上的分布情況，本文對所有國家自然科學(xué)基金燃料電池項目的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了人工標(biāo)注和分析，相應(yīng)的資助情況如圖10 所示。

圖10 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的分布

從圖10 中可以看出，國家自然科學(xué)基金對于燃料電池的資助重心在產(chǎn)業(yè)鏈的中游，也就是燃料電池系統(tǒng)本身，國家自然科學(xué)基金資助項目數(shù)量與金額占比分別為86.73%和85.89%，這也基本契合了國家自然科學(xué)基金資助基礎(chǔ)研究的定位。國家自然科學(xué)基金對于燃料電池的上游和下游也有所資助，相對而言，下游應(yīng)用受到的資助要略高于上游，其受到資助項目數(shù)量與金額約占10%，涉及的應(yīng)用主要包括：廢水處理、環(huán)境污染控制、分布式發(fā)電和能源動力等；應(yīng)用所涉及的領(lǐng)域主要是燃料電池汽車、醫(yī)療和燃?xì)廨啓C等（見表4），其中，燃料電池汽車相關(guān)的項目數(shù)量與金額占比最高，這與中國陸續(xù)發(fā)布的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃密不可分[25]。

表4 1990—2019 年國家自然科學(xué)基金資助燃料電池下游應(yīng)用領(lǐng)域情況

3 結(jié)論

本文基于“全球科研項目數(shù)據(jù)庫”中國家自然科學(xué)基金項目信息，分析了燃料電池領(lǐng)域受國家自然科學(xué)基金資助的力度，從資助熱點主題、主要結(jié)構(gòu)組件以及產(chǎn)業(yè)鏈等維度進(jìn)行了主題挖掘，得出以下結(jié)論。

國家自然科學(xué)基金作為推動中國基礎(chǔ)研究發(fā)展的重要機制，從1990 年開始對燃料電池領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)研究予以持續(xù)資助，在“十一五”和“十二五”期間，資助數(shù)量與金額均進(jìn)入快速增長階段，“十三五”期間，資助數(shù)量與金額則有所下降，但其平均資助強度整體呈現(xiàn)出大幅增長的趨勢。

國家自然科學(xué)基金對于燃料電池領(lǐng)域的資助體現(xiàn)在多種不同的項目類型上，但以探索系列的面上項目和人才系列的青年科學(xué)基金項目為主，體現(xiàn)了其堅持將鼓勵自由探索作為基本立足點、培育原始創(chuàng)新能力與服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展作為核心任務(wù)、發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)科技才俊作為根本使命的總體思路。

從資助機構(gòu)來看，國家自然科學(xué)基金對于燃料電池領(lǐng)域的資助主要集中在高校，這反映出高校是燃料電池基礎(chǔ)研究的主力軍。少數(shù)科研院所的燃料電池研究也受到了國家自然科學(xué)基金資助，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所都承擔(dān)了相當(dāng)數(shù)量的項目，整體科研實力表現(xiàn)突出。

燃料電池領(lǐng)域的資助項目主要涵蓋了兩大類燃料電池，一類是氫氧燃料電池，另一類是生物燃料電池。就氫氧燃料電池而言，國家自然科學(xué)基金資助涵蓋了從氫氣的產(chǎn)生到燃料電池應(yīng)用的整個產(chǎn)業(yè)鏈。就生物燃料電池而言，國家自然科學(xué)基金除了資助生物燃料電池的相關(guān)技術(shù)體系以外，對生物燃料電池在廢水處理與環(huán)境污染控制方面的應(yīng)用方面也進(jìn)行了一定程度的資助，與燃料電池產(chǎn)業(yè)整體的發(fā)展進(jìn)展較為契合。

就資助布局和廣泛覆蓋性而言，燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展與國家自然科學(xué)基金長期持續(xù)的資助密切相關(guān)。雖然燃料電池的許多技術(shù)，特別是氫燃料電池已經(jīng)發(fā)展得相對成熟，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是燃料電池領(lǐng)域仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步突破與創(chuàng)新，以及培育穩(wěn)定的人才隊伍。同時，國家自然科學(xué)基金在燃料電池領(lǐng)域仍需持續(xù)設(shè)立相關(guān)專項課題，以穩(wěn)定的經(jīng)費支持促進(jìn)該領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展?！?/p>