无铅|无铅储能陶瓷：从“小众”走向“大众”
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研究人员在陶瓷烧结前对温度传感器进行调整 。蔡子明供图
■采访人员 秦志伟
【无铅|无铅储能陶瓷：从“小众”走向“大众”】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 。
“小众”无铅储能陶瓷凭借其“新”，逐渐走向大众，但这仅是让更多人了解无铅储能陶瓷，距离真正走进生活还须时日 。
从能源“大热”说起
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 。
上述结果得到了西南大学材料与能源学院教授刘岗的肯定，他及其团队在统计相关论文时，也得到类似的结论 。“近五年来，无铅储能陶瓷的论文发表量虽然不是直线上升，但一直呈现稳步上升的趋势 。”刘岗告诉《中国科学报》 。
巧合的是，2014年后也是能源领域论文增长的阶段 。
于是，有分析认为，无铅储能陶瓷方向之所以“热”，并不是学科研究方向发展的自我突破，而是在整个能源大背景下的“再发掘” 。原因在于，早期对无铅储能陶瓷的研究集中在介电过程，而没有将其同更绿色的能源应用关联到一起 。
“可再生能源的间歇性特点限制了其利用 。解决这一问题的关键是，将可再生能源转化为电能存储在装置里 。”安徽大学物理与材料科学学院教授汪春昌介绍道 。
目前电能储存装置主要有化学储能装置，即电池和固体燃料电池；电化学电容器；介电储能电容器 。“介电储能电容器各项指标相对更优 。”汪春昌综合分析发现，如果能提高介电储能电容器储能密度，则可减小储能装置的体积，使得其在小型化、集成化的电路系统中的应用更加广泛，甚至有可能超过化学储能装置和电化学超级电容器在储能装置中的应用水平 。
储能陶瓷正是介电储能电容器所使用的重要材料，其具有较大的介电常数、较低的介电损耗、适中的击穿电场、较好的温度稳定性、良好的抗疲劳性能等优点，在耐高温介电脉冲功率系统上有应用前景 。然而，目前储能性能优异的储能陶瓷一般含有铅元素 。
去年7月1日，欧盟修订的《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》有关铅的豁免条例正式实施 。其中，条例明确指出电子电气器件的玻璃或陶瓷（电容中介电陶瓷除外）中的铅，以及玻璃或陶瓷复合材料中的铅的豁免最长至2024年 。
“上述条例对储能陶瓷器件还没有明确的规定 。”中国矿业大学材料与物理学院副教授蔡子明在接受《中国科学报》采访时表示，“从环保的角度而言，开发高性能无铅储能陶瓷是十分迫切的 。”
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