最近,化学圈、材料圈和物理圈都在关注一则消息:在近日公布的《2020研究前沿》报告(以下简称报告)中,核心论文篇数和被引频次这两项指标并不突出的无铅储能陶瓷,竟然在化学与材料科学领域Top10热点前沿中排名第一。
无铅储能陶瓷如此出众,受访专家并不意外,他们均提到“环保”和“能源”这两个关键词。“无铅”相对的就是“含铅”。作为有毒的重金属,铅对人体及环境的影响已广为人知。储能陶瓷一般含有铅元素,如钛酸铅、锆钛酸铅等,其中100克钛酸铅中铅含量高达68克。由于愈发严格的环保要求以及能源行业转型的需要,“含铅”变“无铅”成为储能陶瓷领域新的研究方向。
上述报告由中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安联合发布。根据报告,无铅储能陶瓷在化学与材料科学领域Top10热点前沿中,核心论文篇数仅有33篇,排名第六;被引频次2130次,更是排在倒数第一。但无铅储能陶瓷领域核心论文的平均出版日期最近,为2017年9月。相关统计发现,无铅储能陶瓷领域最早论文发表时间在1997年前后,起初只有10篇左右;到2010年,发表量也未过百。
无铅储能陶瓷研究热潮从2014年开始,一直热度不减。无铅储能陶瓷由于具有高功率密度和快速充放电能力,其主要应用领域是功率变换和脉冲功率系统。但专家也表示,含铅陶瓷的优异性能目前还难以在无铅陶瓷体系中实现。就弛豫铁电体而言,景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院教授沈宗洋告诉《中国科学报》,近年来弛豫铁电体作为储能电容器的研究越来越深入,报道的储能密度和效率均很高,但其并没有反铁电的场致铁电转变特征。
在他看来,最可行的方法是用无铅的反铁电陶瓷替代含铅的反铁电陶瓷。
无铅储能陶瓷原本属于凝聚态物理范畴,但因为涉及到“材料+能源”,这一领域被看成是化学、材料和物理之间契合点的产物。“对于无铅储能陶瓷的研究,亟须不同背景的研究者深入交流,为高性能无铅储能陶瓷的研究和应用提供更多新的解决方案。”蔡子明说。
随着国家的重视及越来越多研究人员的进入,中国在无铅储能陶瓷方向的研究水平越来越高。“目前国内对无铅储能陶瓷的研究手段更加丰富,研究范围更加全面。”蔡子明说。而这一点也在与报告同时发布的《2020研究前沿热度指数》(以下简称《指数》)上得到印证。根据《指数》,在化学与材料科学领域,中国的研究前沿热度指数得分为39.49分,是美国的2.7倍,排名第一,具有明显的前沿研究活跃度比较优势。