中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著能源存儲(chǔ)技術(shù)的創(chuàng)新，新型儲(chǔ)能技術(shù)已成為構(gòu)建創(chuàng)新電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)提供了重要支撐。因此，為了解包括電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等在內(nèi)的新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀，本文基于新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)，全面探討了國內(nèi)新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。
主要圍繞基于LDA主題模型的細(xì)分領(lǐng)域展開討論，涵蓋了專利年限、申請地域、申請人單位、合作關(guān)系等方面的分析，并深入探究了全球新型儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢。
結(jié)果表明，新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用總體上呈快速增長趨勢，且中國在新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)全球的重要份額。在中國專利領(lǐng)域，鋰離子電池和超級(jí)電容器占據(jù)主導(dǎo)地位，表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、液態(tài)金屬電池、水系電池等各類儲(chǔ)能技術(shù)蓬勃發(fā)展。中國新型儲(chǔ)能技術(shù)專利的申請主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的省份或直轄市，如廣東、江蘇、北京、浙江等地。各地的重點(diǎn)研究領(lǐng)域有所不同，但申請單位都主要以高校和新能源領(lǐng)域的私企為主?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，提出了未來新型儲(chǔ)能技術(shù)仍需主要研發(fā)單位引領(lǐng)邊遠(yuǎn)地區(qū)協(xié)統(tǒng)發(fā)展，高校與企業(yè)建立更為緊密的合作關(guān)系，共同推動(dòng)新型儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展。
作為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，新型儲(chǔ)能技術(shù)扮演著不可或缺的角色。它不僅是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支柱，同時(shí)也是推動(dòng)國內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)迎來新的商業(yè)模式、占領(lǐng)國際戰(zhàn)略制高點(diǎn)的重要領(lǐng)域。在中國儲(chǔ)能體系中，目前應(yīng)用最為廣泛的是以抽水蓄能為主的傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)。該技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域中發(fā)展較為成熟，裝機(jī)容量占比也最大，但因其存在建設(shè)周期長、受地形因素限制大等缺陷，故在應(yīng)用上存在一定的局限性。相較于傳統(tǒng)的抽水蓄能技術(shù)，以電化學(xué)儲(chǔ)能為主的新型儲(chǔ)能技術(shù)更為便捷，且不受區(qū)位限制，正成為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)邁向新的發(fā)展階段的關(guān)鍵推動(dòng)力。近年來，新型儲(chǔ)能技術(shù)在各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域不斷取得重大突破，整體呈現(xiàn)出明顯的加速發(fā)展趨勢，其應(yīng)用需求也在隨之不斷拓展。同時(shí)，國家“雙碳”政策的實(shí)施極大推動(dòng)了國內(nèi)能源新業(yè)態(tài)的發(fā)展，為新型儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用提供了助力。
新型儲(chǔ)能技術(shù)主要以輸出電力為主，為外部提供動(dòng)力，但不包括抽水蓄能等傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)。目前，新型儲(chǔ)能技術(shù)劃分為電化學(xué)儲(chǔ)能、熱(冷)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及氫(氨)儲(chǔ)能等幾種類型。電化學(xué)儲(chǔ)能以其高能量密度和適用場景廣等技術(shù)特點(diǎn)脫穎而出，相較于其他儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展更為成熟，已經(jīng)成為推動(dòng)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Αｋ娀瘜W(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域下的鋰離子電池、超級(jí)電容器、水系電池、多價(jià)金屬離子電池和液態(tài)金屬電池等細(xì)分領(lǐng)域各有優(yōu)缺點(diǎn)，近年均不斷取得突破性進(jìn)展，這使得電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展迅猛。壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)因其儲(chǔ)能容量巨大、儲(chǔ)能周期長、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢而備受矚目，被視為大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域最具潛力和發(fā)展前景的技術(shù)之一。此外，氫儲(chǔ)能作為一種新興的儲(chǔ)能技術(shù)，具有成本低廉、使用壽命長的獨(dú)特特性，且其使用過程不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，表現(xiàn)出卓越的能源利用效率。這使得氫儲(chǔ)能技術(shù)成為清潔能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰以及分布式能源系統(tǒng)等多個(gè)不同場景的理想選擇。
專利作為技術(shù)研發(fā)和市場活動(dòng)的客觀反映，是全球最大的技術(shù)信息源之一，其具備格式規(guī)范、分類科學(xué)、內(nèi)容詳盡、時(shí)效性強(qiáng)、覆蓋面廣等顯著特點(diǎn)。目前已有學(xué)者從專利視角對(duì)新型儲(chǔ)能現(xiàn)狀進(jìn)行了分析研究，并取得了一定的研究成果。桂婕等的研究表明，國際新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)主要集中在電化學(xué)領(lǐng)域，這些技術(shù)以自身的通用性和廣泛性為新型儲(chǔ)能發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此外，雖然中國專利在數(shù)量上多于美國專利，但美國在新型儲(chǔ)能各細(xì)分領(lǐng)域技術(shù)上處于優(yōu)勢地位，中國更傾向于在新型儲(chǔ)能的新興細(xì)分領(lǐng)域發(fā)力以求彎道超車。張力菠等梳理了電化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)的國際專利申請變化趨勢，并使用LDA主題模型進(jìn)行技術(shù)主題的識(shí)別，為電化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃及研發(fā)決策提供了有益的參考。王鑫等詳細(xì)論述了超級(jí)電容器在國際上的研究與開發(fā)現(xiàn)狀，突出了當(dāng)前研發(fā)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題、技術(shù)方向布局和競爭格局。
新型儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)現(xiàn)中國“雙碳”目標(biāo)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并且近年來得到了迅猛發(fā)展，其在國內(nèi)的戰(zhàn)略重要性日益凸顯。然而，對(duì)于這一領(lǐng)域，目前基于國際專利文獻(xiàn)的分析顯然缺乏足夠的針對(duì)性和系統(tǒng)性。為了彌補(bǔ)這一不足，本研究以國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麨榛A(chǔ)，深入探討了國內(nèi)新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。通過對(duì)專利年限分布、專利申請地域分布、專利申請人單位分布以及專利申請單位間的合作關(guān)系進(jìn)行詳盡分析，并對(duì)全球儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，為我國在新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展決策和產(chǎn)學(xué)研合作布局提供了重要的參考依據(jù)。
1 中國新型儲(chǔ)能技術(shù)專利分析
1.1 專利數(shù)據(jù)來源
儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展時(shí)間久遠(yuǎn)，早期主要是蓄水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。隨著對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、便捷性、安全性要求越來越高，電化學(xué)、壓縮空氣、氫儲(chǔ)能等各類新型儲(chǔ)能技術(shù)不斷涌現(xiàn)，正處于快速發(fā)展與極速變革期，分析相關(guān)發(fā)明專利的領(lǐng)域主題與發(fā)展趨勢對(duì)于政府政策、企業(yè)投資、技術(shù)創(chuàng)新等具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。本文以“新型儲(chǔ)能技術(shù)”為主題，選擇一系列儲(chǔ)能領(lǐng)域關(guān)鍵詞組合在國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局進(jìn)行專利檢索和采集，截止時(shí)間為2023年9月1日，共獲取24909項(xiàng)專利。
1.2 基于LDA主題模型的中國新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域細(xì)分
LDA模型是一種主題生成模型，被廣泛應(yīng)用于文本挖掘和主題建模領(lǐng)域。LDA模型以貝葉斯概率模型為基礎(chǔ)，旨在從大規(guī)模文檔集或語料庫中發(fā)現(xiàn)潛在主題。在這個(gè)模型中，每個(gè)文檔可以被視為一系列主題的混合，而每個(gè)主題則表示為一個(gè)詞的分布。具體而言，LDA通過設(shè)定先驗(yàn)猜想值并通過迭代過程調(diào)整每個(gè)文檔中每個(gè)詞對(duì)應(yīng)主題的概率分布以及每個(gè)主題對(duì)應(yīng)文檔的概率分布。這樣，最終的結(jié)果就能夠更符合實(shí)際文檔集中單詞對(duì)應(yīng)文檔的實(shí)際分布。用數(shù)學(xué)公式表示為：
其中，w代表詞匯，d代表文檔，t代表主題。這個(gè)公式表達(dá)了在給定文檔的情況下，詞匯出現(xiàn)的概率由主題的概率和詞在主題下出現(xiàn)的概率相乘決定。LDA模型通過不斷調(diào)整這些概率分布，使其能夠更好地?cái)M合實(shí)際數(shù)據(jù)，從而揭示出文檔、主題和詞之間隱含的關(guān)系。
本工作基于大量相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)以及LDA主題分析結(jié)果，最終選擇“鋰離子電池”“超級(jí)電容器”“壓縮氣體儲(chǔ)能”“氫儲(chǔ)能”等8項(xiàng)新型儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行深度分析。圖1為各領(lǐng)域詞云圖，由圖可以看出超級(jí)電容器領(lǐng)域的技術(shù)特征在于石墨烯復(fù)合材料的使用；多價(jià)金屬離子電池領(lǐng)域的主要研究方向是鋅離子和鋁離子；鋰離子電池領(lǐng)域在活性物質(zhì)、電解液和隔膜等方向均衡發(fā)展；氫儲(chǔ)能領(lǐng)域與電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化和綜合能源領(lǐng)域關(guān)聯(lián)得比較緊密；石墨烯電池領(lǐng)域的技術(shù)特征在于電池組性能和熱管理；水系電池領(lǐng)域的主要發(fā)展方向是磷酸酯等組合物在電解液中的應(yīng)用；壓縮氣體儲(chǔ)能領(lǐng)域在膨脹機(jī)、壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域均衡發(fā)展；最后，液態(tài)金屬領(lǐng)域主要集中在控制系統(tǒng)，電池組和金屬電極則集中在循環(huán)、均衡和效率提升等方向。詞云圖反映了技術(shù)發(fā)展的趨勢和領(lǐng)域融合的熱點(diǎn)方向，揭示了行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。
圖1 細(xì)分領(lǐng)域關(guān)鍵詞云圖
1.3 新型儲(chǔ)能技術(shù)年度趨勢分析
趨勢分析旨在研究特定領(lǐng)域?qū)＠暾堅(jiān)诓煌甓鹊臄?shù)量變化趨勢，以全面了解申請時(shí)間、技術(shù)發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用情況的關(guān)聯(lián)。各領(lǐng)域的占比情況如圖2所示，鋰離子電池專利數(shù)量最多，約占總量的79.48%；超級(jí)電容器占16.09%，位居第二；壓縮氣體儲(chǔ)能和多價(jià)金屬離子電池分別以1.99%和1.51%的占比位于第三名和第四名。前四名占據(jù)了專利總量的99%以上，處于新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。液態(tài)金屬離子電池、水系電池、石墨烯電池和氫儲(chǔ)能均在0.25%左右，占比較少但發(fā)展空間較大。圖3展示了新型儲(chǔ)能技術(shù)及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩侩S時(shí)間變化的趨勢。
圖2 新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)專利各領(lǐng)域分布占比
圖3 新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)專利年度申請趨勢
本研究的專利申請統(tǒng)計(jì)顯示，新型儲(chǔ)能技術(shù)主要經(jīng)歷了技術(shù)萌芽期和技術(shù)發(fā)展期。首次有關(guān)新型儲(chǔ)能技術(shù)的授權(quán)專利于1997年提出，但直至2003年，年發(fā)明專利數(shù)量并未出現(xiàn)明顯波動(dòng)。而從2005—2010年，專利申請數(shù)量穩(wěn)步上升，但沒有突破1000件專利/年。這主要是因?yàn)樵?000—2010年期間，與新型儲(chǔ)能相關(guān)的技術(shù)處于基礎(chǔ)研發(fā)和技術(shù)示范階段。
2011年后，新型儲(chǔ)能技術(shù)專利申請數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長。這是因?yàn)?011年國家能源局發(fā)布了《國家能源科技“十二五”規(guī)劃》，該規(guī)劃明確提出要積極布局儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，著力推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)。2017年《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》明確支持大力發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展，為能源革命提供支撐和動(dòng)力。2023年7月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布了《輕工業(yè)穩(wěn)增長工作方案(2023—2024年)》，其中提出了具體的發(fā)展方向。方案要求加快鉛蓄電池、鋰離子電池、原電池等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)及材料研究應(yīng)用，特別關(guān)注提高電池能量密度、降低熱失控等方面的創(chuàng)新。在不斷提出相關(guān)政策的推動(dòng)下，中國新型儲(chǔ)能技術(shù)迎來了快速發(fā)展，專利申請數(shù)量迅速增加，同時(shí)獲得授權(quán)的專利數(shù)量也大幅提升。這一系列政策的出臺(tái)為新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
作為新型儲(chǔ)能技術(shù)的主要細(xì)分領(lǐng)域，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。自1993—2008年，這一領(lǐng)域一直處于初創(chuàng)時(shí)期。而在2009—2023年期間，其迎來了蓬勃發(fā)展。電化學(xué)儲(chǔ)能的主要子主題包括鋰離子電池、石墨烯電池、超級(jí)電容器等。鋰離子電池于2005年首次提出，經(jīng)過5年的沉淀階段，于2011年開始進(jìn)入高速增長期。截至2022年，共有19798項(xiàng)授權(quán)專利。超級(jí)電容器于2007年面世，隨后即進(jìn)入成長期，自2020年以來每年的專利申請量均保持在30項(xiàng)以上。此外，水系電池、多價(jià)金屬離子電池、液態(tài)金屬電池、氫儲(chǔ)能等技術(shù)自2010年后逐漸嶄露頭角，展示了我國新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展日益多樣化的趨勢。
1.4 新型儲(chǔ)能技術(shù)主要申請人及其地區(qū)分析
對(duì)于申請人員及發(fā)明人的分析，可以揭示出不同的單位或地區(qū)對(duì)于特定領(lǐng)域技術(shù)的關(guān)注度和研究水平，從而呈現(xiàn)該領(lǐng)域競爭者的分布和科研水平的高低。同時(shí)，專利的地區(qū)分布分析可量化評(píng)估某一地區(qū)在相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究中的表現(xiàn)，進(jìn)一步反映該地區(qū)對(duì)該技術(shù)的關(guān)注程度。通過這一深度分析，我們能夠繪制出專利地圖，形象地展示出新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新在地域上的分布格局。這樣的分析有助于全面了解技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)區(qū)域和領(lǐng)先者，為未來的新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的創(chuàng)新方向確定和政策制定提供更為精準(zhǔn)的參考。
如圖4(a)所示，我國大陸地區(qū)的新型儲(chǔ)能技術(shù)專利主要集中在一些經(jīng)濟(jì)較為強(qiáng)勁的省市，其中廣東(占比18%)、江蘇(占比8.6%)、北京(占比7.7%)、浙江(占比6.9%)、上海(占比5.9%)、湖南(占比4.6%)、安徽(占比4.0%)等省市為主要貢獻(xiàn)者。鋰離子電池(占比79.6%)和超級(jí)電容器(占比16%)是全國范圍內(nèi)的主要研究領(lǐng)域。圖4(b)中展示了新型儲(chǔ)能技術(shù)各領(lǐng)域的主要申請人，顯示出與新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)的專利主體和布局主要集中在高校、研究所、事業(yè)單位和新能源科技行業(yè)巨頭。
圖4 (a) 新型儲(chǔ)能技術(shù)地域分布；(b) 相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠饕暾埲?
在高校研究中，中南大學(xué)在超級(jí)電容器、多價(jià)金屬離子電池、鋰離子電池、水系電池等多個(gè)新型儲(chǔ)能技術(shù)細(xì)分領(lǐng)域中均位列前茅，充分抓住了新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇，并利用其裝備制造和材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)優(yōu)勢，在新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)中取得了較快的發(fā)展。在新能源科技行業(yè)的巨頭中，如比亞迪股份有限公司、寧德新能源科技有限公司等，憑借先進(jìn)的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過持續(xù)的研發(fā)投入和技術(shù)創(chuàng)新，提出了一系列高效、可靠、安全的新能源產(chǎn)品，涵蓋了鋰電子電池和石墨烯電池等領(lǐng)域。
我國南方部分省市在鋰離子電池領(lǐng)域的研究較為突出，尤其是廣東省。廣東省在鋰離子電池領(lǐng)域已申請了多達(dá)4000項(xiàng)專利，其主要研發(fā)單位涵蓋新能源汽車行業(yè)巨頭、高校和以南方電網(wǎng)為代表的國企。這表明我國南方省市在鋰離子電池的商業(yè)化應(yīng)用以及高?？蒲型黄品矫嫒〉昧孙@著成果，尤其在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用方面領(lǐng)先全國。而以北京為代表的北方省市則在壓縮氣體儲(chǔ)能、液態(tài)金屬電池等領(lǐng)域走在全國前列。超級(jí)電容器、多價(jià)金屬離子電池、氫儲(chǔ)能領(lǐng)域的研發(fā)單位主要是高校，如清華大學(xué)、中南大學(xué)等。這表明相關(guān)技術(shù)對(duì)研究者的水平要求較高。應(yīng)當(dāng)加速產(chǎn)學(xué)研一體化的進(jìn)程，推動(dòng)研究成果迅速應(yīng)用于實(shí)際，同時(shí)為新能源行業(yè)培養(yǎng)更多高技術(shù)高素質(zhì)人才，促進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展與落地。水系電池、液態(tài)金屬電池領(lǐng)域的研發(fā)單位主要為高校和國企，這與其擁有巨大的環(huán)保優(yōu)勢和較低的商業(yè)化水平密切相關(guān)。
1.5 新型儲(chǔ)能技術(shù)申請單位合作關(guān)系分析
本研究以申請專利的國企、高校及私企等機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法，旨在深入分析各專利申請單位之間的合作緊密程度。社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法是一種定量分析技術(shù)，它將屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為關(guān)系數(shù)據(jù)來識(shí)別行動(dòng)者關(guān)系。度數(shù)中心度是指與某一行動(dòng)者直接相連的其他行動(dòng)者的數(shù)量，用來衡量行動(dòng)者在網(wǎng)絡(luò)中的影響力。度數(shù)中心度越大，與其有直接聯(lián)系的行動(dòng)者就越多，其采取的行動(dòng)就越有可能影響網(wǎng)絡(luò)中的其他行動(dòng)者。計(jì)算公式如下：
ki表示現(xiàn)有的與節(jié)點(diǎn)i相連的邊的數(shù)量，N-1表示節(jié)點(diǎn)i與其他節(jié)點(diǎn)都相連的數(shù)量。本文通過考察申請(專利權(quán))人之間的合作頻度，對(duì)合作緊密程度進(jìn)行劃分并構(gòu)建專利合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，將具有合作關(guān)系的申請單位表示為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的大小反映獲得專利授權(quán)的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)連線的粗細(xì)程度反映合作的頻繁程度。為了更清晰地呈現(xiàn)研究結(jié)果，我們根據(jù)單位屬性將專利申請人劃分為高校、國企和其他企業(yè)三種不同類型，并采用不同顏色標(biāo)記不同類型單位的節(jié)點(diǎn)。
社團(tuán)發(fā)現(xiàn)是將網(wǎng)絡(luò)分成不同的社團(tuán)，社團(tuán)內(nèi)部單位間合作較多，而與外部單位合作較少。本研究采用層次聚類算法來實(shí)現(xiàn)，具體的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系劃分請參見圖5。
圖5 新型儲(chǔ)能技術(shù)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖
從圖中我們可以觀察到，在宏觀層面上，高校與私營企業(yè)之間的合作關(guān)系更加緊密。這是因?yàn)樗綘I企業(yè)涉足新型儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)技術(shù)支持的需求更大。這種合作在輸出大量高質(zhì)量專利技術(shù)的同時(shí)，也推動(dòng)了企業(yè)與高校之間的緊密合作，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的有效結(jié)合。值得一提的是，由清華大學(xué)主持，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司參與的項(xiàng)目在鋰離子電池、超級(jí)電容器等新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得109項(xiàng)授權(quán)專利，成為該領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研合作的代表性案例。
國企內(nèi)部單位之間的協(xié)作較為頻繁，而較少與私企或高校在該領(lǐng)域進(jìn)行外部合作。以國家電網(wǎng)有限公司為例，國網(wǎng)湖南、國網(wǎng)安徽、國網(wǎng)山東之間密切的合作關(guān)系及較少的外部合作表明了國家電網(wǎng)在新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)方面的相對(duì)獨(dú)立性。展望未來，這種自主研發(fā)的模式有望通過更深入的外部科研合作帶來更多的創(chuàng)新技術(shù)。
在微觀層面上，規(guī)模較大的節(jié)點(diǎn)主要集中在高校和私營企業(yè)。盡管高校節(jié)點(diǎn)總數(shù)較少，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模巨大。以清華大學(xué)為例，由于其優(yōu)越的研發(fā)條件、實(shí)力雄厚的研發(fā)團(tuán)隊(duì)以及扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，該校在所有單位中合作的頻次最高，申請的專利數(shù)量也排名第二。私營企業(yè)節(jié)點(diǎn)眾多，占據(jù)所有申請單位的主體地位，主要以新能源科技企業(yè)為主。這些企業(yè)之間的合作關(guān)系緊密，反映了新型儲(chǔ)能技術(shù)在企業(yè)間發(fā)展相對(duì)均衡。然而，大多數(shù)企業(yè)自身申請的專利數(shù)量并不多，這表明私企技術(shù)研發(fā)對(duì)外部合作具有一定程度的依賴。綜合而言，各單位之間的緊密合作，充分利用各自的人才優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，共同推動(dòng)中國新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。
2 全球新型儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比分析
使用智慧芽專利檢索系統(tǒng)通過關(guān)鍵詞和IPC分類號(hào)對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行檢索，獲得截至2023年9月1日的38880項(xiàng)有效專利。根據(jù)檢索得到的專利，圖6展示了全球新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)專利申請數(shù)量與年份之間的關(guān)系。整體而言，全球新型儲(chǔ)能技術(shù)從2000年開始便呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，至2022年達(dá)到頂峰。其中2016—2018年的年增長率分別為50.46%、36.85%、35.41%，為專利申請數(shù)量的快速增長期。
圖6 全球新型儲(chǔ)能技術(shù)專利申請趨勢與占比
全球新型儲(chǔ)能專利數(shù)量及其受理局所屬國家與組織如圖6所示。其中，中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局以受理30383項(xiàng)專利的數(shù)量遙遙領(lǐng)先，占全球?qū)＠偭康?8.15%，美國以2885項(xiàng)專利排名第二，占比 7.42%?？梢姡袊兔绹玖⒃谌蛐滦蛢?chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的前沿。與此同時(shí)，韓國、歐洲、日本、印度、加拿大、英國等國家和地區(qū)在新型儲(chǔ)能領(lǐng)域也具有較強(qiáng)的實(shí)力。
在具體的研究領(lǐng)域方面，圖7展示了全球部分專利受理局新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域下的熱門技術(shù)。中國以鋰離子電池、超級(jí)電容器、壓縮氣體儲(chǔ)能為研究熱點(diǎn)，聚焦在有機(jī)溶劑、用電設(shè)備、電極片和控制系統(tǒng)等具體創(chuàng)新領(lǐng)域。美國在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)嵙?qiáng)勁，充電電池、鋰金屬材料、碳材料、有機(jī)電解液和固體電解質(zhì)等方向均衡發(fā)展，同時(shí)通過產(chǎn)業(yè)結(jié)合，在醫(yī)療器械、新能源汽車等實(shí)體領(lǐng)域取得顯著成果。韓國研究將重心放在了二次電池領(lǐng)域，同時(shí)在混合物材料、非水電解液和活性材料方向進(jìn)行探索發(fā)展。歐洲的技術(shù)重點(diǎn)較為分散，從活性材料到混合物，從電源裝置到發(fā)電裝置，從集電器到電容器均有研究。以英國為例，它就以電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域和壓縮氣體儲(chǔ)能領(lǐng)域?yàn)檠芯恐行模唧w的技術(shù)熱點(diǎn)為超級(jí)電容器、鋰離子電池、快速充電和膨脹裝置。日本較為重視氫儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究，技術(shù)熱點(diǎn)包括混合物制氫、氫燃料電池和提高氫儲(chǔ)能穩(wěn)定性等。印度在保持鋰電池、超級(jí)電容器、氫儲(chǔ)能等國際新型儲(chǔ)能主流技術(shù)外，將部分研究重點(diǎn)放在了物聯(lián)網(wǎng)和溶液燃燒領(lǐng)域。
圖7 全球部分專利受理局新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域下的熱門技術(shù)旭日圖
3 對(duì)策討論
近年來，中國新型儲(chǔ)能技術(shù)在各細(xì)分領(lǐng)域均取得了階段性進(jìn)展，國企、私企、高校等各類型單位不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與專利申請。基于新型儲(chǔ)能技術(shù)的主題分布與發(fā)展趨勢，可以從產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)學(xué)研合作、技術(shù)創(chuàng)新、金融投資等方面進(jìn)行對(duì)策討論。
（1）制定支持新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的政策，主要包括財(cái)政激勵(lì)、稅收優(yōu)惠等措施，吸引更多企業(yè)和機(jī)構(gòu)積極參與。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)，提高該領(lǐng)域的專利授權(quán)效率。此外，加強(qiáng)東西部技術(shù)合作，鼓勵(lì)技術(shù)發(fā)展較為強(qiáng)勁的東部地區(qū)有關(guān)企業(yè)到資源相對(duì)豐富的西部地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。
（2）加強(qiáng)學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)合攻關(guān)及成果合作，主要包括建立產(chǎn)學(xué)研用一體化的合作機(jī)制，加速新技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。推動(dòng)高校與私企和國企之間的技術(shù)交流與合作，形成產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)的競爭力。各省市政府可以組織新型儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)峰會(huì)、展覽等活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界之間的技術(shù)交流與成果轉(zhuǎn)化。
（3）鼓勵(lì)對(duì)新型儲(chǔ)能變革性技術(shù)進(jìn)行持續(xù)性研發(fā)，主要包括推動(dòng)新型儲(chǔ)能技術(shù)的多元化發(fā)展，支持企業(yè)開展基礎(chǔ)性研究，培養(yǎng)高層次的科技創(chuàng)新人才。支持儲(chǔ)能行業(yè)加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)技術(shù)規(guī)范的制定，提高儲(chǔ)能的產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)水平，推動(dòng)整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
（4）支持金融機(jī)構(gòu)對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)提供專項(xiàng)貸款，主要包括引導(dǎo)社會(huì)資本投入新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，并且形成多元化的融資渠道。推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)化的有機(jī)結(jié)合，提高風(fēng)險(xiǎn)投資的參與度，支持創(chuàng)新性和前瞻性項(xiàng)目的融資，特別是在新能源汽車、大型儲(chǔ)能設(shè)備和醫(yī)療器械等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破和投資范例。
4 結(jié) 論
近年來，中國新型儲(chǔ)能技術(shù)蓬勃發(fā)展，相關(guān)專利授權(quán)數(shù)量迅速攀升，研究重心聚焦在鋰離子電池、超級(jí)電容器等領(lǐng)域。本文采用LDA主題模型和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法，深入研究了中國新型儲(chǔ)能技術(shù)的專利布局。通過綜合考慮相關(guān)政策引導(dǎo)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)向，對(duì)鋰離子電池、超級(jí)電容器、液態(tài)金屬電池等領(lǐng)域的專利申請狀況進(jìn)行了詳盡分析。研究結(jié)果顯示，鋰離子電池、超級(jí)電容器、多價(jià)金屬離子電池、液態(tài)金屬電池、水系電池、氫儲(chǔ)能以及壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)在我國受到廣泛關(guān)注，并得到了深入研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。特別值得注意的是，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同對(duì)鋰離子電池領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注，并通過密切的產(chǎn)學(xué)研合作，取得了顯著的成果。
（1）分析結(jié)果顯示，新型儲(chǔ)能技術(shù)于1997年首次在中國授權(quán)專利中面世，經(jīng)歷14年的技術(shù)萌芽期，自2011年起，該領(lǐng)域逐漸進(jìn)入成長期，截至2022年，已有超過兩萬項(xiàng)專利申請獲得授權(quán)。新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向也日益多樣化，水系電池、多價(jià)金屬離子電池、液態(tài)金屬電池、氫儲(chǔ)能等技術(shù)不斷涌現(xiàn)。
（2）從專利分布領(lǐng)域來看，鋰離子電池一直是研究和專利申請最為集中的領(lǐng)域，其申請數(shù)量每年均居前列且保持高速增長。未來，我們應(yīng)持續(xù)投入，支持鋰離子電池領(lǐng)域，鞏固其現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展，并推動(dòng)其在更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新。超級(jí)電容器專利申請占比一直保持在較高水平，這表明其研究范圍正在不斷擴(kuò)大。多價(jià)金屬離子電池、壓縮氣體儲(chǔ)能均呈上升趨勢，而水系電池、液態(tài)金屬電池、氫儲(chǔ)能相對(duì)而言發(fā)展較為緩慢，但近五年來呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢。
（3）我國新型儲(chǔ)能技術(shù)專利申請主要分布在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的省市，這些地區(qū)在推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。專利申請的主體主要是高校、研究所、國企和新能源行業(yè)巨頭。高校及研究所在超級(jí)電容器、多價(jià)金屬離子電池、鋰離子電池、水系電池等多種新型儲(chǔ)能技術(shù)的申請中表現(xiàn)突出。南方部分省市在鋰離子電池領(lǐng)域表現(xiàn)出領(lǐng)先的研究實(shí)力并取得顯著成果，而我國北方則需要聚焦新型儲(chǔ)能技術(shù)的協(xié)同發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上的突破。全國各地相關(guān)技術(shù)均需要引領(lǐng)和深入探索，以共同推動(dòng)我國新型儲(chǔ)能領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。
（4）根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和國家政策支持，未來新型儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量有望逐年增加。專利申請數(shù)量的增加反映了該領(lǐng)域的發(fā)展和商業(yè)化潛力。綜合來看，新型儲(chǔ)能技術(shù)在中國擁有廣闊的發(fā)展前景，需要持續(xù)加強(qiáng)研發(fā)和創(chuàng)新，推動(dòng)新型儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新和應(yīng)用。隨著國家“雙碳”目標(biāo)和能源革命的深入實(shí)施，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也將不斷完善，各科研單位應(yīng)當(dāng)在水系電池、液態(tài)金屬電池、氫儲(chǔ)能領(lǐng)域加強(qiáng)創(chuàng)新與突破，同時(shí)保持鋰離子電池、超級(jí)電容器和壓縮氣體儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢。這樣可以更好地應(yīng)對(duì)未來全球新型儲(chǔ)能技術(shù)的競爭難題，為我國的發(fā)展做出更為積極的貢獻(xiàn)。
