劉蘭蘭，張 發(fā)

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所 天津300384；2.國(guó)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(diǎn)，有望應(yīng)用于清潔能源、電動(dòng)汽車(chē)及其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，為緩解環(huán)境和能源壓力做出貢獻(xiàn)，因此一直以來(lái)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^(guò)程中存在的缺陷及問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和研究人員對(duì)其進(jìn)行了深入的分析。

本文對(duì)近幾年國(guó)外鋰-空氣電池的最新研究情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上做了一定的情報(bào)分析，以期為國(guó)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(yáng)極及環(huán)境空氣中的氧電對(duì)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(guò)空氣陰極進(jìn)入電池中，其來(lái)源是無(wú)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(fù)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(guò)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(wèn)題都嚴(yán)重影響了它的實(shí)際應(yīng)用。

2 關(guān)于研究情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與情報(bào)分析

語(yǔ)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(fèi)學(xué)術(shù)搜索引擎，其檢索結(jié)果來(lái)自期刊、學(xué)術(shù)會(huì)議資料以及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的文獻(xiàn)[3]。通過(guò)使用語(yǔ)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(lái)發(fā)表的文獻(xiàn)，截止時(shí)間為2019年3月15日，去除國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究文獻(xiàn)，共搜索到 97篇有效文獻(xiàn)。分別從發(fā)表時(shí)間、作者署名機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)所屬國(guó)家、發(fā)表文獻(xiàn)類別、發(fā)表文獻(xiàn)刊物和文獻(xiàn)主題內(nèi)容方面對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)，隨后進(jìn)行了情報(bào)分析。

2.1 時(shí)間分布分析

在發(fā)表時(shí)間分布上，2019年截止到3月共有3篇文獻(xiàn)，2018年共有 19篇文獻(xiàn)，2017年共有 36篇文獻(xiàn)，2016年共有 39篇文獻(xiàn)?？梢钥闯觯?016年與2017年研究文獻(xiàn)都比 2018年多出 1倍。由此可見(jiàn)，2016—2017年研究人員對(duì)鋰-空氣電池的研究工作比較多，研究活動(dòng)比較活躍，而近 2年來(lái)的研究文獻(xiàn)比較少。這可能是因?yàn)殇?空氣電池的研究難度較大，開(kāi)始研究時(shí)成果較多，在此基礎(chǔ)上短時(shí)間內(nèi)難以再取得較大突破。

2.2 機(jī)構(gòu)分布分析

在鋰-空氣電池的研究機(jī)構(gòu)方面，除了高等院校、科研機(jī)構(gòu)等比較重視學(xué)術(shù)研究的機(jī)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(duì)鋰-空氣電池進(jìn)行研究，可知不僅有學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的科研人員在鋰-空氣電池的基礎(chǔ)科學(xué)方面進(jìn)行了不斷地認(rèn)知和探索，還有公司企業(yè)的科研人員在鋰-空氣電池實(shí)用化方面做出研究和努力。

2.3 國(guó)家分布分析

在發(fā)表文獻(xiàn)的作者署名機(jī)構(gòu)所屬國(guó)家分布上，美國(guó)有 27篇文獻(xiàn)，韓國(guó)有 18篇文獻(xiàn)，日本、英國(guó)各有10篇文獻(xiàn)，以色列有 6篇文獻(xiàn)，德國(guó)、澳大利亞各有5篇文獻(xiàn)，瑞典有 3篇文獻(xiàn)，法國(guó)、意大利、奧地利、新加坡各有 2篇文獻(xiàn)，此外，西班牙、俄羅斯、土耳其、捷克、阿根廷各有1篇文獻(xiàn)。由此可以看出，研究鋰-空氣電池的國(guó)家分布比較廣泛，可知世界上許多國(guó)家的研究人員對(duì)鋰-空氣電池都比較關(guān)注，尤其是美國(guó)、韓國(guó)、日本、英國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究人員對(duì)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(xiàn)類別分析

在檢索到的鋰-空氣電池的所有文獻(xiàn)中，除了期刊析出文獻(xiàn)外，還有一篇美國(guó)專利局公布的鋰-空氣電池的專利文獻(xiàn)，其申請(qǐng)人為加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)，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(duì)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(shuō)明鋰-空氣電池存在實(shí)際應(yīng)用的可能性，對(duì)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(xiàn)大部分都發(fā)表在 Nature和美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS)的系列期刊上，Nature和美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)系列期刊在國(guó)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(xiàn)的學(xué)術(shù)要求也比較高，如文獻(xiàn)的創(chuàng)新性，研究成果在某領(lǐng)域創(chuàng)造的價(jià)值和貢獻(xiàn)。由此可知，研究人員對(duì)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(jià)值都比較高，有利于促進(jìn)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(jìn)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(wèn)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(jì)進(jìn)行的新材料的制備、理論計(jì)算和電化學(xué)表征等研究。這表明研究人員為了促進(jìn)鋰-空氣電池早日實(shí)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(jì)，集中全力解決充放電循環(huán)中較高的過(guò)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(wèn)題。

3 總 結(jié)

鋰-空氣電池的高比能量給新能源領(lǐng)域帶來(lái)了新的希望，在該領(lǐng)域進(jìn)行研究的科研人員和企業(yè)也不斷增加?；趯?duì)近幾年國(guó)外鋰-空氣電池的最新研究情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與情報(bào)分析可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)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(diǎn)，從未來(lái)實(shí)用化角度看，鋰-空氣電池的研究還會(huì)有很長(zhǎng)的一段路要走。