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石墨烯在电池和超级电容器领域的应用
摘要
随着石墨烯相关研究的不断深入,石墨烯电池已经成为全球最快的储能解决方案。近年来,石墨烯用于增强电池性能和提供高效能源存储解决方案的商业化推动了全球石墨烯电池市场的发展。不断的研发活动,以开发创新和改进的产品,如石墨烯基超级电容器和锂硫电池,正在进行中。由于快速充电能力、充电周期增加、在高温下的有效性以及充电持续时间延长等特点,石墨烯电池的应用在近年来不断增加。 自2007年开始,全球各个国家对石墨烯的相关政策和支持政策不断出台,全球各国政府都在大力推动石墨烯的科研研究发展与市场应用的产业化,石墨烯开发应用热潮方兴未艾,尤其是当前以中国国家政策全面支持、欧盟旗舰计划第二阶段的展开,美国NSF资金投入力度的增强,将会为全球石墨烯行业带来一股全新的活力与生机。 2012年以来,我国对石墨烯材料已出台多项支持政策,以加强石墨烯产业链的形成。“十二五”、“十三五”发展规划都有强调石墨烯新材料的积极开发。2015年国务院《中国制造2025》明确了石墨烯在战略前沿材料中的关键地位,强调其战略布局和研制,努力实现石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模,2025年整体产业规模破千亿”的发展目标。 2000-2019年,石墨烯在电池和超级电容器领域共发表基础研究论文27991篇,发文量最多的是中国,共发表论文17547篇,其次是美国以发文量3637篇位于第二位,韩国、澳大利亚和印度紧随其后,发文量分别是2892、1903和1091篇。石墨烯在电池和超级电容器相关领域发文量排名前5的机构分别是中国科学院、清华大学、南洋理工大学、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学。通过文献计量的方法筛选出石墨烯在电池和超级电容器领域的核心论文980篇,国家主要分布在中国、美国、新加坡、韩国、澳大利亚、德国、加拿大、日本、英国、印度等国家。2000-2019年石墨烯在电池和超级电容器领域基础研究方向主要集中在石墨烯、纳米粒子、电池、电极、性能、复合物材料、氧化物、超级电容器、储能、膜等。 2000-2019年,全球关于石墨烯在电池和超级电容器相关的研究共发表专利8724件。其中发表专利数量最多的是中国,共发表专利高达7153件。全球关于石墨烯在电池和超级电容器相关的研究机构有中国科学院、海洋王照明科技有限公司、浙江大学、哈尔滨工业大学、北京化工大学、天津大学、中南大学、南京理工大学、纳米科技仪器有限公司、延世大学学术合作基金会等。 以ICP分类号为基础,通过统计各类专利技术分支的记录数量,可以发现石墨烯在电池和超级电容器领域的应用研究方向。其中排名前十的技术方向分别是H01M-004(电极)、H01M-010(二次电池及其制造)、H01G-011(混合电容器或其零部件的制造方法)、C01B-032(碳及其化合物)、B82Y-030(用于材料和表面科学的纳米技术)、B82Y-040(纳米结构的制造或处理)、H01L-031(电磁辐射能转换为电能的半导体器件)、H01G-009(电解电容器及其制造方法)、H01B-001(导电材料)、H01M-002(非活性部件的结构零件或制造方法)。 目前,我国关于石墨烯在电池和超级电容器领域应用的研究比较受关注,无论是论文还是专利数量都远高于其他国家/地区。
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