中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著全世界許多國(guó)家陸續(xù)宣布“碳中和”目標(biāo)[1-3]，水電、太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生的清潔能源裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量顯著提升[4-7]。但可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用很大程度上受到地理環(huán)境限制，同時(shí)在時(shí)間上具有間歇性，在空間上具有地域分布不均的特點(diǎn)[8-10]，直接并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來的穩(wěn)定性問題。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的建立，尤其將多種新型儲(chǔ)能技術(shù)與數(shù)字化、智能化技術(shù)深度融合而形成的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)能有效將電、熱、冷、氣、氫等多個(gè)能源子系統(tǒng)進(jìn)行融合轉(zhuǎn)換，極大促進(jìn)能源生產(chǎn)消費(fèi)的靈活高效和開放共享[11-14]，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)協(xié)同優(yōu)化[15-19]，是未來能源革命的關(guān)鍵支撐技術(shù)[20-24]。
為此，本文對(duì)比梳理了全球新型儲(chǔ)能技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃布局情況，利用文獻(xiàn)計(jì)量和專利計(jì)量方法深度挖掘分析了國(guó)內(nèi)外在鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、金屬空氣電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等6種典型新型儲(chǔ)能技術(shù)方面的前沿主題與創(chuàng)新能力。
1 全球主要國(guó)家/地區(qū)新型儲(chǔ)能戰(zhàn)略規(guī)劃布局
1.1 美國(guó)
美國(guó)很早就認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)保障電網(wǎng)安全性和可靠性的重要作用，極為重視對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)，從頂層設(shè)計(jì)、財(cái)政保障、稅收抵免到多元化技術(shù)路線等多方面出發(fā)，構(gòu)建現(xiàn)代化電網(wǎng)體系以及推動(dòng)下一代電池儲(chǔ)能技術(shù)變革性創(chuàng)新。
2020年1月，美國(guó)能源局宣布投入1.58億美元啟動(dòng)“儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)”計(jì)劃[25]，并在同年12月正式發(fā)布了美國(guó)首個(gè)儲(chǔ)能領(lǐng)域綜合性戰(zhàn)略《儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖》[26]。2021年7月，美國(guó)能源部提出“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能攻關(guān)”計(jì)劃[27]，作為“儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)”計(jì)劃的一部分，目標(biāo)是在未來10 a內(nèi)將數(shù)百GW的清潔能源引入電網(wǎng)，將儲(chǔ)能時(shí)間超過10 h的系統(tǒng)成本降低90%。
此后美國(guó)能源部投入近10億美元用于儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)示范，包括：2022年5月，宣布根據(jù)《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案》撥款，在4 a內(nèi)共資助5.05億美元促進(jìn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)[28]，通過降低成本推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)更廣泛的商業(yè)示范部署，以實(shí)現(xiàn)到2035年100%清潔電力目標(biāo)；2022年11月，宣布根據(jù)《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案》和《通脹削減法案》撥款，提供近3.5億美元用于新興的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目[29]，以支撐低成本、可靠、無碳的現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)；2023年1月，美國(guó)能源部科學(xué)辦公室宣布在“電池和儲(chǔ)能能源創(chuàng)新中心”計(jì)劃框架下，投入1.25億美元支持下一代電池儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究，以加速在交通和電力部門部署變革性儲(chǔ)能技術(shù)[30]，此次資助旨在開發(fā)超越當(dāng)前商業(yè)電池（如鋰離子或鉛酸電池）的下一代電池，通過開展全球領(lǐng)先的科學(xué)研究解決該領(lǐng)域的科學(xué)優(yōu)先事項(xiàng)。
1.2 歐盟
歐盟更為關(guān)注電池儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)，將其視為實(shí)現(xiàn)工業(yè)、交通、建筑等行業(yè)電氣化，促進(jìn)向“碳中和”社會(huì)發(fā)展的重要技術(shù)手段，希望利用高性能新型儲(chǔ)能電池占據(jù)未來電氣化社會(huì)核心地位，爭(zhēng)奪全球電池研發(fā)和生產(chǎn)的主導(dǎo)權(quán)。
2020年12月，歐盟歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“電池歐洲”（Batteries Europe）發(fā)布了其第一個(gè)《電池戰(zhàn)略研究議程》[31]，旨在于歐盟范圍內(nèi)推進(jìn)電池價(jià)值鏈相關(guān)研究和創(chuàng)新行動(dòng)的示范應(yīng)用。此后歐盟投入近50億歐元促進(jìn)本區(qū)域新型電池技術(shù)研發(fā)。
2021年1月，歐盟委員會(huì)宣布設(shè)立一個(gè)歐洲共同利益重要項(xiàng)目（Important Projects of Common European Interest，IPCEI）“歐洲電池創(chuàng)新”，由奧地利、比利時(shí)、克羅地亞、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、希臘、意大利、波蘭、斯洛伐克、西班牙和瑞典十二國(guó)共同投入29億歐元，并將撬動(dòng)90億歐元的私人投資，旨在推進(jìn)電池價(jià)值鏈的創(chuàng)新研發(fā)，建立泛歐電池生態(tài)系統(tǒng)[32]。該項(xiàng)目將支持開發(fā)一整套全新的電池突破性技術(shù)，包括新型電池、生產(chǎn)工藝及電池價(jià)值鏈的其他創(chuàng)新技術(shù)，超越現(xiàn)有的技術(shù)和工藝，并使電池性能、安全性和環(huán)境影響得到顯著改善。
2023年1月，歐盟宣布將從創(chuàng)新基金中撥款18億歐元，投資16個(gè)大規(guī)模創(chuàng)新項(xiàng)目[33]，其中儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)方向包括創(chuàng)新固定式儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)，以及以年回收5萬(wàn)t報(bào)廢的鋰電池為目標(biāo)的創(chuàng)新鋰離子電池回收技術(shù)。
1.3 日本
日本人口密度較大，且國(guó)土面積有限，相較大規(guī)模太陽(yáng)能光伏技術(shù)，政府更鼓勵(lì)采用“分布式清潔能源+儲(chǔ)能”技術(shù)，以應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求。
2016年4月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》[34]，明確提出到2050年，在儲(chǔ)能領(lǐng)域重點(diǎn)研究固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、新型金屬-空氣電池和其他新型電池（如氟化物電池、鈉電池、多價(jià)離子電池、新概念氧化還原電池等）技術(shù)。
2020年12月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略》[35]，明確提出開發(fā)性能更優(yōu)異且成本更低廉的新型儲(chǔ)能技術(shù)。2022年8月，日本蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究公私理事會(huì)正式發(fā)布《蓄電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》[36]，明確提出需強(qiáng)化下一代電池技術(shù)開發(fā)，加快以全固態(tài)電池為主的下一代電池、材料（包括材料評(píng)估技術(shù)）和回收技術(shù)的開發(fā)，投資1000億日元促進(jìn)政府和民間合作，加強(qiáng)對(duì)尖端制造工藝投資力度，推進(jìn)低成本、高附加值的電池系統(tǒng)一體化探索研究，力爭(zhēng)在2030年左右實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的全面商用，確保包括鹵代電池、鋅負(fù)極電池等新型電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并完善全固態(tài)電池量產(chǎn)制造體系，在控制系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)和實(shí)證應(yīng)用的同時(shí)，建立多用途評(píng)估方法以適應(yīng)市場(chǎng)需求。
1.4 中國(guó)
近年來，中國(guó)政府發(fā)布多項(xiàng)針對(duì)性政策鼓勵(lì)新型儲(chǔ)能技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展。
2021年7月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》[37]，明確提出堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展，到2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列。2022年1月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，為加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能高質(zhì)量規(guī)模化發(fā)展提供有力支撐[38]。2023年2月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國(guó)家能源局發(fā)布《新型儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》[39]，有利支撐新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)安全、規(guī)?；l(fā)展。在科技支撐方面，近年來國(guó)家科技部先后部署了“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”“新能源汽車”“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”等重點(diǎn)專項(xiàng)對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。
近年來，中國(guó)在新型儲(chǔ)能技術(shù)方面有了顯著提升，部分技術(shù)方向已發(fā)展至并跑甚至領(lǐng)跑階段。例如，在鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，寧德時(shí)代宣布已制得第一代鈉離子電池，實(shí)現(xiàn)160 Wh/kg的能量密度[40]。中科海鈉與華陽(yáng)集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)的全球首批量產(chǎn)1 GWh鈉離子電池產(chǎn)線正式投運(yùn)[41]。
在液流電池技術(shù)領(lǐng)域，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提供技術(shù)支撐的全球最大規(guī)模200MW/800 MWh級(jí)一期工程100 MW/400 MWh全釩液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站并網(wǎng)發(fā)電[42]。
在壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，河北張家口的核心裝備自主化率達(dá)100%的國(guó)際首套100 MW/400 MWh級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能示范電站實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電[43]，國(guó)際首臺(tái)300 MW級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)多級(jí)高負(fù)荷膨脹機(jī)順利下線[44]。
總而言之，新型儲(chǔ)能技術(shù)在許多國(guó)家和地區(qū)被認(rèn)為是構(gòu)建現(xiàn)代化電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一，得到了高度重視，多項(xiàng)政策舉措出臺(tái)以推動(dòng)其發(fā)展，從戰(zhàn)略部署、科技支撐等方面加以支持。包括：美國(guó)針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和布局較為系統(tǒng)，早在2011年就提出了未來5 a的技術(shù)開發(fā)路線圖，2020年啟動(dòng)“儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)”計(jì)劃加速對(duì)下一代儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化；歐盟更傾向于構(gòu)建儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，通過建立歐洲電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（EBA250）、歐洲技術(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)“電池歐洲”和“電池2030+”聯(lián)合研究計(jì)劃推進(jìn)不同技術(shù)成熟度的研究和開發(fā)工作，利用相互銜接互補(bǔ)的機(jī)制構(gòu)建歐洲電池研究與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。中國(guó)更注重?fù)屨技夹g(shù)制高點(diǎn)，自2021年提出新型儲(chǔ)能規(guī)劃目標(biāo)以來，各省級(jí)“十四五”規(guī)劃相繼明確了新型儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)，通過“1+n”的政策組合開展新型儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)核心設(shè)備自主化、國(guó)產(chǎn)化、規(guī)?；?。更多國(guó)家/地區(qū)新型儲(chǔ)能戰(zhàn)略規(guī)劃布局如表1所示。
2 新型儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究態(tài)勢(shì)分析
本文基于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)核心集，針對(duì)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中對(duì)新型儲(chǔ)能發(fā)展的多元化技術(shù)要求，對(duì)全球2013—2022年新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、金屬空氣電池、壓縮空氣儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能6個(gè)方向進(jìn)行系統(tǒng)分析，客觀揭示全球新型儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究情況。
2.1 全球新型儲(chǔ)能技術(shù)研究態(tài)勢(shì)分析
2013年以來，全球新型儲(chǔ)能技術(shù)研究處于快速增長(zhǎng)期。全球新型儲(chǔ)能領(lǐng)域研究論文發(fā)文量在2013—2022年快速增長(zhǎng)，5個(gè)2年期平均復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR值）達(dá)到了34.1%（見表2）。CAGR值核算方法為
式中：t0指初始期，本節(jié)為2013—2014年即第1個(gè)2年期；tn是結(jié)束期，本節(jié)為2021—2022年即第5個(gè)2年期；V(t0)是2013—2014年論文發(fā)文量；V(tn)是2021—2022年論文發(fā)文量。需要注意的是，部分論文存在網(wǎng)絡(luò)出版與正式出版時(shí)間跨年的現(xiàn)象，導(dǎo)致某些技術(shù)方向2013—2022年論文總量小于各2年期論文數(shù)量之和，下同。
從技術(shù)方向來看，鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)文量最多但增速相對(duì)較慢，重力儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)文量增速最快。尤其是2020—2022年，全球新型儲(chǔ)能發(fā)文量占2013—2022年的41.9%，其中金屬空氣儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能技術(shù)方向占比均超過50%。
2.2 中國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)研究態(tài)勢(shì)分析
2020—2022年，全球主要國(guó)家均在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域進(jìn)行廣泛研究。如圖1所示，中國(guó)以70 091篇發(fā)文量位居全球首位，占該領(lǐng)域全球總發(fā)文量的53.5%，隨后是美國(guó)（21671篇）、韓國(guó)（10985篇）、德國(guó)（7741篇）和日本（6530篇）。
2020—2022年中國(guó)新型儲(chǔ)能各技術(shù)方向發(fā)文情況如表3所示。
2020—2022年中國(guó)在新型儲(chǔ)能研究方面具備相對(duì)較高的影響力。從論文被引情況來看（見表4），中國(guó)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)表論文的篇均被引頻次（12.6次/篇）略高于全球水平（10.8次/篇），而高被引論文數(shù)量則占到全球的76.0%，是高影響力論文的主要貢獻(xiàn)者，尤其是在鈉離子電池和金屬空氣電池技術(shù)方向高被引論文占全球80%以上（分別為84.7%和88.5%）。
3 新型儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)研究前沿主題分析
前沿主題應(yīng)該具備高新穎性、高關(guān)注度、高成長(zhǎng)性等顯著特征。針對(duì)這3個(gè)特征，本章綜合評(píng)估主題新穎度（Nj）、主題強(qiáng)度（Sj）、主題影響力（Aj）、主題增長(zhǎng)度（Gj）4個(gè)計(jì)量指標(biāo)的表現(xiàn)，以進(jìn)行前沿主題識(shí)別。前沿主題綜合指數(shù)計(jì)算公式為
根據(jù)前沿主題綜合指數(shù)，新型儲(chǔ)能領(lǐng)域主要六大技術(shù)方向的前沿主題如表5所示。由于新型儲(chǔ)能領(lǐng)域中鋰離子電池技術(shù)論文數(shù)量最多，故選取前8位前沿主題進(jìn)行分析；而重力儲(chǔ)能技術(shù)論文數(shù)量較少，故選取前3位前沿主題進(jìn)行分析；其他4類技術(shù)均選取前5位前沿主題進(jìn)行分析。
基于前沿主題綜合指數(shù)，鋰離子電池技術(shù)方向的前沿主題包括：①鋰離子電池新型材料開發(fā)，如電極材料、固態(tài)電解質(zhì)材料、納米復(fù)合材料等；②鋰離子電池傳輸性能優(yōu)化、電極/電解質(zhì)界面性能、電池系統(tǒng)性能等；③高精度、原位、實(shí)時(shí)鋰離子電池表征技術(shù)開發(fā)；④鋰離子電池安全性能監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)研究。
鈉離子電池技術(shù)方向的前沿主題包括：①鈉離子電池新型材料開發(fā)，如電極材料、電解質(zhì)材料、納米/復(fù)合/框架材料等；②鈉離子電池電極/電解質(zhì)界面性能研究；③鈉離子電池儲(chǔ)鈉行為研究。
液流電池技術(shù)方向的前沿主題包括：①液流電池新型材料開發(fā)，如離子交換膜材料、電極材料等；②液流電池高效催化劑開發(fā)及其優(yōu)化；③液流電池電極/電解質(zhì)界面性能研究；④液流電池在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。
金屬空氣電池技術(shù)的前沿主題重點(diǎn)聚焦在高性能催化劑的研發(fā)，包括：①新型催化劑、高活性電催化劑、非貴金屬電催化劑、雙功能電催化劑等；②金屬空氣電池電解質(zhì)材料及性能研究。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究前沿主要聚焦在系統(tǒng)應(yīng)用層面，具體包括：①壓縮空氣儲(chǔ)能與可再生能源耦合系統(tǒng)開發(fā)及其性能研究；②絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)開發(fā)及其性能研究；③基于熱電聯(lián)產(chǎn)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)開發(fā)及其性能研究；④壓縮空氣儲(chǔ)能高效并網(wǎng)技術(shù)及其性能研究；⑤基于新型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的能源靈活管理控制技術(shù)。
相較于上述5種新型儲(chǔ)能技術(shù)，重力儲(chǔ)能技術(shù)成熟度較低，目前研究前沿重點(diǎn)聚焦在：①重力儲(chǔ)能存儲(chǔ)效率及其性能比較研究；②新型重力儲(chǔ)能系統(tǒng)建模與性能研究；③重力儲(chǔ)能與可再生能源協(xié)同并網(wǎng)優(yōu)化配置研究等方面。
4 新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)態(tài)勢(shì)分析
本文基于IncoPat專利數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)全球2013—2022年新型儲(chǔ)能領(lǐng)域六大技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，客觀揭示全球與中國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)情況。結(jié)果顯示，全球新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新在2013—2022年間持續(xù)活躍，尤其在2020年以來蓬勃發(fā)展，專利布局重點(diǎn)圍繞鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、金屬空氣電池、壓縮空氣儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能等方面。中國(guó)是2020年以來新型儲(chǔ)能領(lǐng)域最重要的專利技術(shù)來源國(guó)，發(fā)明專利申請(qǐng)數(shù)量及高價(jià)值專利申請(qǐng)數(shù)量占比均超過全球80%以上。
4.1 全球新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)態(tài)勢(shì)分析
對(duì)2013—2022年的新型儲(chǔ)能發(fā)明專利申請(qǐng)量分析顯示（見表6），新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)已發(fā)展至一定規(guī)模，5個(gè)2年期平均復(fù)合增長(zhǎng)率為14.4%。2020—2022年重力儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)尤為活躍，其專利申請(qǐng)量超過2013—2022年總量的88%，5個(gè)2年期平均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)158.5%。此外，2020—2022年鈉離子電池和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)專利申請(qǐng)量超過2013—2022年總量的40%。從技術(shù)方向來看，鋰離子電池專利數(shù)量最多，但近年來增速較為緩慢；液流電池和金屬空氣電池技術(shù)專利數(shù)量呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。對(duì)2013—2022年的新型儲(chǔ)能發(fā)明專利授權(quán)量分析顯示（見表7），全球新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)明專利授權(quán)量穩(wěn)定增長(zhǎng)，但各技術(shù)方向發(fā)展不均衡，其增長(zhǎng)趨勢(shì)與專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致。2013—2022年，鋰離子電池發(fā)明專利授權(quán)量最多，重力儲(chǔ)能發(fā)明專利授權(quán)量增速最快，只有液流電池和金屬空氣電池發(fā)明專利授權(quán)量呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。
需要注意的是，本文采用IncoPat簡(jiǎn)單同族合并的統(tǒng)計(jì)方式，可能導(dǎo)致同一時(shí)段內(nèi)各年份分別統(tǒng)計(jì)的專利申請(qǐng)或授權(quán)量之和大于該時(shí)段一次檢索的專利申請(qǐng)或授權(quán)總量，下同。
4.2 中國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)態(tài)勢(shì)分析
中國(guó)是全球新型儲(chǔ)能領(lǐng)域最重要的專利技術(shù)來源國(guó)（見表8）。2020—2022年，中國(guó)機(jī)構(gòu)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量占全球的89.4%，除液流電池技術(shù)外，其他5個(gè)技術(shù)方向占比均達(dá)到一半以上，其中鋰離子電池、鈉離子電池和重力儲(chǔ)能技術(shù)專利申請(qǐng)量在全球占比超過90%。但就增長(zhǎng)速度來看，中國(guó)專利申請(qǐng)量增速整體呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)（-15.1%），但鈉離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能和重力儲(chǔ)能技術(shù)方向依舊保持了旺盛的增長(zhǎng)勢(shì)頭，其中重力儲(chǔ)能技術(shù)2020—2022年專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)了285.4%。表9為2020—2022年中國(guó)新型儲(chǔ)能各技術(shù)方向?qū)＠跈?quán)量統(tǒng)計(jì)情況。結(jié)果顯示，中國(guó)2020—2022年新型儲(chǔ)能總體專利授權(quán)量呈下降趨勢(shì)，降幅24.5%，但仍占全球總授權(quán)量的近90%，其中鈉離子電池專利授權(quán)量在全球占比最高，為93.8%。2020—2022年，新型儲(chǔ)能各項(xiàng)技術(shù)中鋰離子電池、金屬空氣儲(chǔ)能和液流電池專利授權(quán)量下降，但重力儲(chǔ)能專利授權(quán)量與其申請(qǐng)量一樣呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)達(dá)到287.3%。
中國(guó)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。從高價(jià)值專利（指IncoPat數(shù)據(jù)庫(kù)中專利價(jià)值度為9、10的專利）申請(qǐng)情況來看，中國(guó)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的高價(jià)值專利占全球的80%以上；高價(jià)值專利產(chǎn)出率（指所申請(qǐng)高價(jià)值專利在其申請(qǐng)所有專利的占比）達(dá)到17.7%，略低于全球水平（18.7%）。從技術(shù)方向來看，液流電池、金屬空氣電池的高價(jià)值專利產(chǎn)出率低于全球平均水平，其他4個(gè)技術(shù)方向的高價(jià)值專利產(chǎn)出率和全球平均水平差異不大，發(fā)展較為均衡，詳見表10。
4.3 新型儲(chǔ)能技術(shù)布局重點(diǎn)分析
對(duì)2020—2022年上述6種新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)專利（共27 162件專利，合并19 978項(xiàng)專利族）進(jìn)行分析，通過專利聚類詞云圖（見圖2）可以看出，新型儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)＠季謬@如下方面展開：①循環(huán)穩(wěn)定性材料，包括負(fù)極材料、正極材料、鋰電池隔膜、前驅(qū)體材料等；②合成工藝，如預(yù)測(cè)模型、電化學(xué)模型等；③鋰離子電池，側(cè)重于鋰電池組、電極材料等；④鈉離子電池，包括正極材料、電解液添加劑、固態(tài)電解質(zhì)材料等；⑤儲(chǔ)能系統(tǒng)，側(cè)重于壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、熱失控、負(fù)極材料等。
基于國(guó)際專利分類號(hào)（IPC）的新型儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)明專利前15位技術(shù)方向如表11所示，可將新型儲(chǔ)能領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)主要方向概括為：①二次電池、一次電池及混合電池及其制造相關(guān)；②電池的電極、非活性部件、電極隔膜、導(dǎo)電聯(lián)接等組件以及制造；③電池材料，如碳材料及其化合物、鎳化學(xué)物、磷材料及其化合物、硅材料及其化合物等；④用于材料或表面科學(xué)的納米技術(shù)及納米結(jié)構(gòu)制造、處理方法；⑤電池性能測(cè)試及故障探測(cè)裝置、充放電電路設(shè)置等；⑥電池安全管理系統(tǒng)，如火災(zāi)預(yù)防、滅火等方法。
基于技術(shù)布局重點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)新型儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)圍繞4個(gè)科學(xué)問題展開：①探索開發(fā)高容量電極材料和高電壓電解質(zhì)的策略途徑，包括各種循環(huán)穩(wěn)定性能優(yōu)異的正負(fù)極材料、電解質(zhì)材料、隔膜材料等；②充分了解材料功能對(duì)電池行為的影響，包括利用先進(jìn)的表征和計(jì)算模擬手段探究新型材料電化學(xué)功能，確保新型儲(chǔ)能材料的安全性、環(huán)保型和來源豐富性；③探究組成動(dòng)態(tài)界面的化學(xué)和物質(zhì)反應(yīng)行為，包括儲(chǔ)能組件與組件之間將產(chǎn)生的多種反應(yīng)行為，設(shè)計(jì)、合成新型界面以提高儲(chǔ)能性能；④探究電池老化過程，包括研究電池安全管理系統(tǒng)，揭示驅(qū)動(dòng)電池衰退、失效和故障的關(guān)鍵機(jī)制、檢測(cè)手段及可能的緩解策略。
5 對(duì)中國(guó)發(fā)展新型儲(chǔ)能技術(shù)的啟示建議
新型儲(chǔ)能作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是增強(qiáng)能源系統(tǒng)供應(yīng)安全性、靈活性，提升能源系統(tǒng)綜合效率的重要環(huán)節(jié)，是支撐能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)國(guó)際政策規(guī)劃的解讀、基礎(chǔ)研究及技術(shù)開發(fā)態(tài)勢(shì)分析，對(duì)中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展提出以下建議。
1）加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)攻關(guān)。開發(fā)超越傳統(tǒng)體系的儲(chǔ)能新材料與系統(tǒng)，研究電/熱/機(jī)械能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，重點(diǎn)研發(fā)大規(guī)模、長(zhǎng)壽命物理儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用等關(guān)鍵核心技術(shù)，發(fā)展新型電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化機(jī)制，以變革傳統(tǒng)鋰離子電池為代表的儲(chǔ)能體系，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命、低成本、高能量密度、高安全性和易回收的新型儲(chǔ)能技術(shù)廣泛應(yīng)用。
2）提升國(guó)家級(jí)項(xiàng)目示范應(yīng)用能力。圍繞國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家能源局等各機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能研發(fā)項(xiàng)目，基于全國(guó)各科研院所和企事業(yè)單位優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)全國(guó)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，積極加強(qiáng)國(guó)家級(jí)科技任務(wù)部署能力，并可考慮在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域設(shè)置系統(tǒng)性的國(guó)家級(jí)重大攻關(guān)項(xiàng)目，形成從基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、技術(shù)研發(fā)、中試到工程化研究與應(yīng)用的完整研發(fā)布局，做強(qiáng)在鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池和壓縮空氣儲(chǔ)能方向的長(zhǎng)板，彌補(bǔ)在金屬空氣電池和重力儲(chǔ)能領(lǐng)域的短板。在全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化重組的總體布局下，推進(jìn)在現(xiàn)有的國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)加強(qiáng)建制化的新型儲(chǔ)能領(lǐng)域研究，同時(shí)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域建設(shè)新的國(guó)家級(jí)研發(fā)平臺(tái)。
3）打造高層次人才和創(chuàng)新團(tuán)體。建立學(xué)科帶頭人、科研骨干與研究團(tuán)隊(duì)協(xié)同推進(jìn)的人才培養(yǎng)和隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制，著力提升團(tuán)隊(duì)科技創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力。在新型儲(chǔ)能技術(shù)方向具有優(yōu)勢(shì)的研究機(jī)構(gòu)設(shè)置創(chuàng)新崗位，重點(diǎn)打造一批水平高、實(shí)力強(qiáng)的成體系、建制化科研團(tuán)隊(duì)，一體化配置科研項(xiàng)目投入、平臺(tái)承建和人才隊(duì)伍建設(shè)，推動(dòng)造就戰(zhàn)略科學(xué)家。尤其需要加強(qiáng)在鋰離子電池、金屬空氣電池、重力儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，以及電池老化和回收再利用技術(shù)研究中的新概念、新體系、新材料等重大潛在方向上的科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)，鞏固和爭(zhēng)取中國(guó)在相關(guān)研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。
4）完善科研體制機(jī)制。儲(chǔ)能技術(shù)研究不僅需要實(shí)驗(yàn)室，更需要公共平臺(tái)、示范基地、中試生產(chǎn)線等必要設(shè)施。高校和科研院所應(yīng)發(fā)揮自身科技力量?jī)?yōu)勢(shì)，以高質(zhì)量科技供給在新產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用示范和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化各環(huán)節(jié)前瞻布局，加強(qiáng)科研院所與頭部企業(yè)合作，整合社會(huì)資源，共同建設(shè)國(guó)家級(jí)和省部級(jí)新型儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、示范基地、中試生產(chǎn)線等重大項(xiàng)目，建設(shè)若干新型儲(chǔ)能技術(shù)公共平臺(tái)和研究中心，最終形成從基礎(chǔ)、應(yīng)用到市場(chǎng)的新型儲(chǔ)能技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用科技創(chuàng)新價(jià)值鏈，實(shí)現(xiàn)多重應(yīng)用價(jià)值疊加，引領(lǐng)新型儲(chǔ)能科技發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
