最近，化學(xué)圈、材料圈和物理圈都在關(guān)注一則消息：在近日公布的《2020研究前沿》報告（以下簡稱報告）中，核心論文篇數(shù)和被引頻次這兩項指標(biāo)并不突出的無鉛儲能陶瓷，竟然在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點(diǎn)前沿中排名第一 。
無鉛儲能陶瓷如此出眾，受訪專家并不意外，他們均提到“環(huán)保”和“能源”這兩個關(guān)鍵詞 。
“無鉛”相對的就是“含鉛” 。 作為有毒的重金屬，鉛對人體及環(huán)境的影響已廣為人知 。 儲能陶瓷一般含有鉛元素，如鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等，其中100克鈦酸鉛中鉛含量高達(dá)68克 。
隨著愈發(fā)嚴(yán)格的環(huán)保要求以及能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的需要，“含鉛”變“無鉛”成為儲能陶瓷領(lǐng)域新的研究方向 。
“小眾”無鉛儲能陶瓷憑借著“新”，逐漸走進(jìn)大眾，但這僅是讓更多人了解無鉛儲能陶瓷，距離真正走進(jìn)生活還有待時日 。
從能源“大熱”說起
上述報告由中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心和科睿唯安聯(lián)合發(fā)布 。 根據(jù)報告，無鉛儲能陶瓷在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點(diǎn)前沿中，核心論文篇數(shù)僅有33篇，排名第六；被引頻次2130次，更是排在倒數(shù)第一 。 但無鉛儲能陶瓷領(lǐng)域核心論文的平均出版日期最近，為2017年9月 。
相關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，無鉛儲能陶瓷領(lǐng)域最早論文發(fā)表區(qū)間在1997年前后，起初只有10篇左右；到2010年，發(fā)表量也未過百 。 無鉛儲能陶瓷研究熱潮從2014年開始，此后熱度不減 。
上述結(jié)果得到了西南大學(xué)材料與能源學(xué)院教授劉崗的肯定，他及其團(tuán)隊在統(tǒng)計相關(guān)論文時，也得到類似的結(jié)論 。 “近五年來，無鉛儲能陶瓷的論文發(fā)表量雖然不是直線上升，但也一直呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢 。 ”劉崗告訴《中國科學(xué)報》 。
巧合的是，2014年后也是能源領(lǐng)域論文開始增長的階段 。
于是，有分析認(rèn)為，無鉛儲能陶瓷方向之所以“熱”，并不是學(xué)科研究方向發(fā)展的自我突破，而是在整個能源大背景下的“再發(fā)掘” 。 原因在于，早期對無鉛儲能陶瓷的研究集中在介電過程，而沒有將其同更綠色的能源應(yīng)用關(guān)聯(lián)到一起 。
“可再生能源的間歇性特點(diǎn)限制了其利用，解決這一問題的關(guān)鍵是，將可再生能源轉(zhuǎn)化為電能存儲在裝置里 。 ”安徽大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院教授汪春昌介紹道 。
目前電能儲存裝置主要有化學(xué)儲能裝置，即電池和固體燃料電池；電化學(xué)電容器；介電儲能電容器 。 “介電儲能電容器各項指標(biāo)相對更優(yōu) 。 ”汪宜昌綜合分析發(fā)現(xiàn)，如果能提高介電儲能電容器儲能密度，則可減小儲能裝置的體積，使得其在小型化、集成化的電路系統(tǒng)中的應(yīng)用更廣泛，甚至有可能超過化學(xué)儲能裝置和電化學(xué)超級電容器在儲能裝置中的應(yīng)用水平 。
儲能陶瓷正是介電儲能電容器所使用的重要材料，其具有較大的介電常數(shù)、較低的介電損耗、適中的擊穿電場、較好的溫度穩(wěn)定性、良好的抗疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)，使其在耐高溫介電脈沖功率系統(tǒng)有應(yīng)用前景 。 然而，目前儲能性能優(yōu)異的儲能陶瓷一般含有鉛元素 。
去年7月1日，歐盟修訂的《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令》有關(guān)鉛的豁免條例正式實施 。 其中，條例明確指出電子電氣器件的玻璃或陶瓷（電容中介電陶瓷除外）中的鉛，或玻璃或陶瓷復(fù)合材料中的鉛的豁免最長至2024年 。
“上述條例對儲能陶瓷器件還沒有明確的規(guī)定 。 ”中國礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院副教授蔡子明在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示，“但從環(huán)保的角度而言，開發(fā)高性能無鉛儲能陶瓷是十分迫切的” 。
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