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Análise Bibliométrica Baterias Na

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artigo sobre as tendências na área de baterias de sódio
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  Volume 12 n. 133 Janeiro/2017 ISSN 1809-3957 Revista SODEBRAS Volume 12  N° 133 JANEIRO/ 2017 ANÁLISE BIBLIOMÉTRICA DAS BATERIAS DE SÓDIO  BIBLIOMETRIC ANALYSIS OF SODIUM BATTERIES THOMAS DIAS ALBINO¹; CAROLINE ALVES DOS SANTOS²; ANTONIO FARIA NETO¹ , ²; FRANCISCO ANTONIO LOTUFO¹; 1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - UNESP - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - GUARATINGUETÁ - SP; 2 PROGRAMA DE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA MECÂNICA DA UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ - UNITAU carolinealsantos@hotmail.comm;antfarianeto@gmail.com; falotufo@feg.unesp.br     Resumo  Com o intuito de acompanhar a vanguarda tecnológica de sistemas de armazenamento de energia com foco nas baterias de sódio, este trabalho consiste numa análise bibliométrica feita por meio da pesquisa e do levantamento de dados em documentos acadêmicos, publicados nos grandes jornais e revistas por todo mundo no banco de dados da Web of Science, Citation Index  Expanded (SCI-Expanded). O trabalho mostra o funcionamento elementar, o desenvolvimento e aplicação das baterias de sódio até o ano de 2013. A análise mostra que as baterias de sódio de alta temperatura como as NaS estão em estado final de desenvolvimento com uma diminuição no número de publicações nos últimos dez anos. E mostra ainda, que as baterias de íons de sódio estão em desenvolvimento inicial com grande interesse no meio acadêmico, e com aumento no número de publicações no mesmo período.    Palavras-chave: Análise Bibliométrica. Baterias de Sódio. NaS.  Abstract   - With the intention to follow the technologic vanguard of energy storage systems focusing in the sodium batteries this work made a bibliometric analysis by searching and data collecting in  published academic works in great journals and magazines over the world in the data base Citation Index Expanded (SCI-Expanded) of Web of Science. This work shows the elemental functioning, the development and application of sodium batteries until the year 2013. The analysis reveal that the high temperature sodium batteries as  NaS are in the final stage of development with a decrease in the number of publications in the last ten years. Shows also, that sodium ion batteries is in initial development stage with a great interest in academic community, and with increasing number of publications in the same period.  Keywords: Bibliometric Analysis. Sodium Batteries. NaS. I. INTRODUÇÃO A bateria é um dispositivo capaz de armazenar e gerar energia elétrica e é aplicada na grande maioria dos sistemas eletroeletrônicos. Nos sistemas móveis como na partida do carro comum a combustão e no funcionamento de equipamentos elétricos internos, em celulares, computadores  portáteis, micro systems, em carros elétricos movidos a bateria (BEV) e híbridos (movidos a combustão e por motores elétricos) e nos sistemas estáticos como os de energia ininterrupta (UPS), em subestações de média tensão (1 a 36 kV) e alta tensão (>36 kV) para a manobra de disjuntores e contatores na falta de energia ou falha no sistema, em sistemas de armazenamento de energia limpa ( load leveling  ) como os sistemas fotovoltaicos e geração de energia eólica. Encontrar uma bateria que forneça grande quantidade de energia e ocupe pouco espaço (densidade de energia) tem sido a busca para as aplicações móveis e estáticas. Nas aplicações estáticas a densidade de energia não precisar ser tão alta, pois a quantidade de células e ou baterias é muito grande. Outra  preocupação é com o descarte e reciclagem da bateria, se os componentes forem tóxicos ou difíceis de reciclar podem causar impactos sérios as pessoas e meio ambiente. Entre os diversos tipos de bateria, a bateria usando o sódio como elemento principal tem se mostrado promissora pelas características do sódio e pela sua alta disponibilidade na crostaterrestre. Este artigo tem como objetivo apresentar um panorama das pesquisas da bateria de sódio, sua aplicabilidade em sistemas elétricos móveis ou estáticos e ainda de maneira  básica explicar o funcionamento das topologias da bateria de sódio; visando assim orientar futuros estudos na área de  baterias e indicar ou não a viabilidade de aprofundar os conhecimentos relativos a esta tecnologia de armazenamento de energia. Para se alcançar esse objetivo uma análise bibliométrica é realizada utilizando a base de dados da Science Citation Index  Expanded   (SCI) da Web of Science  por meio do portal de  periódicos da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de  Nível Superior (CAPES). II. PROCEDIMENTOS  A ferramenta:  A bibliometria foi feita utilizando-se da  base de dados Web of Science , pesquisando-se documentos desde 1970 a 2013. Restringiu-se a pesquisa ao índice de citação Science Citation Index Expanded   (SCI-Expanded), documentos em qualquer língua. Campo de pesquisa:  Tópico ou TS; Autor ou AU.; Autor Grupo ou GP; Editor ou ED; Nome da publicação ou SO; DOI ou DO- identificador de objeto digital; Ano de publicação ou PY; Endereço ou AD.  Pesquisa básica:  A pesquisa básica é formada pelo campo de pesquisa, uma janela dinâmica para se escolher o campo de procura, um link para adicionar outro campo com um operador de pesquisa e um link para limpar os campos de  pesquisa.  Pesquisa avançada:  Esse modo de pesquisa utiliza rótulos de campo, possibilitando a pesquisa combinada dos rótulos. Uma grande vantagem é a possibilidade de restringir  Volume 12 n. 133 Janeiro/2017 ISSN 1809-3957 com um maior detalhe a pesquisa. Na mesma tela da pesquisa é exibida uma tabela com o histórico de pesquisas bem sucedidas feitas durante a seção.  Definição das palavras-chaves:  A definição das  palavras-chaves foi de fundamental importância para o desenvolvimento da pesquisa. Com base na fundamentação teórica desenvolvida no item 2 definiu-se as seguintes palavras-chaves: Sodium-sulfur batteries ;  Beta-alumina ; Sodium-metal-chloride ; Sodium-nickel-chloride system ;  Beta alumina ceramic electrolyte ; Sodium-nickel-chloride ; Sodium ions ; Sodium-nickel chloride ; NaS, Na-S; ZEBRA; Sodium ion battery ; Sodium-nickel chloride battery ;  Molten - salt batteries  e Cells  Battery . III. RESULTADOS Foram identificadas a produção bibliográfica anual relativa ao tema, estratificando os principais autores, centros de pesquisa, jornais, principais países, número de citações e  palavras chaves no título dos documentos. Além disso  procurou-se classificar a produção bibliográfica em função da área de aplicação das baterias. Tabela 1 Produção Anual da Pesquisa das Baterias de Sódio.    A  n  o  s   d  e  p  u   b   l   i  c  a  ç   ã  o   R  e  g   i  s   t  r  o  s   A  c  u  m  u   l  a   d  o   %    d  e   2   0   8   A  n  o  s   d  e  p  u   b   l   i  c  a  ç   ã  o   R  e  g   i  s   t  r  o  s   A  c  u  m  u   l  a   d  o   %    d  e   2   0   8 1972 4 4 1,923 1994 1 93 0,481 1973 2 6 0,962 1995 4 97 1,923 1974 5 11 2,404 1996 2 99 0,962 1975 6 17 2,885 1997 2 101 0,962 1976 6 23 2,885 1998 2 103 0,962 1977 7 30 3,365 1999 7 110 3,365 1978 6 36 2,885 2000 3 113 1,442 1979 7 43 3,365 2001 3 116 1,442 1980 2 45 0,962 2002 3 119 1,442 1981 8 53 3,846 2003 3 122 1,442 1983 5 58 2,404 2004 5 127 2,404 1984 4 62 1,923 2005 2 129 0,962 1985 3 65 1,442 2006 6 135 2,885 1986 6 71 2,885 2007 6 141 2,885 1987 6 77 2,885 2008 6 147 2,885 1988 2 79 0,962 2009 4 151 1,923 1989 1 80 0,481 2010 13 164 6,250 1990 2 82 0,962 2011 8 172 3,846 1991 6 88 2,885 2012 19 191 9,135 1992 2 90 0,962 2013 17 208 8,173 1993 2 92 0,962 Analisando-se a tabela 1 percebe-se um pequeno número de publicações ao longo dos anos com um aumento entre os anos de 2010 e 2013, no entanto esses quatro últimos anos representam 27,40% do total de publicações. O gráfico da Figura 1 ilustra o perfil quantitativo das  publicações, pertinentes ao tema ao longo dos anos. Figura 1 - Perfil quantitativo das publicações NaS e Zebra ao longo dos anos. Fonte: Dados da pesquisa.  Nos registros acumulados é possível se prever um crescimento polinomial de segundo grau no número de  publicações de 1972 a 1996 como mostra o gráfico da Figura 2 e de terceiro grau de 1997 a 2013 como mostra o gráfico da Figura 3 que podem ser representados pelos modelos da equação (1) e (2) com altos coeficientes (R²=0,997 e R²=0,9972 respectivamente). Figura 2 - Modelo de crescimento 1. Fonte: Dados da pesquisa. Figura 3 - Modelo de crescimento 2.   Fonte: Dados da pesquisa.  y = -0,1103x 2  + 7,0736x 7,5252 (1)  y = 0,0432x 3  0,7963x 2  7,7929x + 92,206 (2) Onde: x: anos (1972 - 1996) = (1-24) e (1997-2013) = (1-17) y: número de registros acumulados Observando-se os gráficos das figuras 2 e 3 percebe-se que o tema teve uma exploração com um pequeno  Volume 12 n. 133 Janeiro/2017 ISSN 1809-3957 coeficiente de crescimento até o ano de 1987, e do ano seguinte até o ano de 1996 mostra uma desaceleração no número de publicações. Permanecendo com uma média estável de duas publicações por ano até 1998. De 1999 em diante o número de publicações volta a crescer tendo um coeficiente mais acentuado partir de 2010. Como o número de correlação da equação (2) é alto,  pode se usar a equação para prever a quantidade de  publicações em 2014. O resultado é aproximadamente 18  publicações, um crescimento previsto de apenas uma  publicação em relação ao ano de 2013. O gráfico da Figura 4 demonstra as equações e o número de publicações acumulados. Figura 4 - Modelos de crescimento para o número de publicações acumulados. Fonte: Dados da pesquisa. Para levantar a nacionalidade dos documentos publicados, a ferramenta de pesquisa utiliza o endereço dos autores, no entanto em 17 documentos (8,17%) a informação não estava disponível diretamente nos artigos, para se encontrar a nacionalidade dos documentos nesse caso foi considerado o  país de srcem dos autores. Alguns documentos têm parceria de autores de diferentes nacionalidades, publicações colaborativas, no entanto representam apenas nove documentos (4,33%). A Tabela 2 mostra os 10 autores com o maior número de  publicações, no total a pesquisa retornou 421 autores, sendo que 321 contribuíram com um documento (76,25%), 106 com dois documentos (25,18%), 22 com três documentos (5,22%) e sete contribuíram com 4 documentos (1,66%). Tabela 2 Os 10 Autores com Maior Número de Publicações.    A  u   t  o  r  e  s   I  n  s   t   i   t  u   t  o   R  e  g   i  s   t  r  o  s   C   i   t  a  ç   õ  e  s WEN ZY Chinese Academy of Sciences 10 71 LEMMON JP United States Department of Energy (DOE) 8 97 LU XC United States Department of Energy (DOE) 8 48 BRANDON NP University College London 7 326 BRETT DJL Imperial College London 7 326 YANG ZG United States Department of Energy (DOE) 7 102 KIM JY United States Department of Energy (DOE) 6 96 LIU Y Chinese Academy of Sciences 6 19 SPRENKLE VL United States Department of Energy (DOE) 6 35 SUDWORTH JL Beta Research & Development Ltd, England 6 89 O autor que mais contribuiu nas publicações foi Wen Zy com 10 publicações, já os autores com maior número de citações são Brandon NP e Brett DJL do departamento de energia dos Estados Unidos (DOE), ambos com 326 citações e sete artigos publicados. O número de citações revela o impacto dos documentos e a contribuição para o desenvolvimento das baterias de sódio. As instituições com maior número de publicações e seus respectivos números de citações são mostradas na Tabela 3. Ao todo se contabilizou 153 institutos, no entanto os 10 institutos da tabela 4 representam mais da metade das  publicações. Muitas instituições publicaram um número reduzido de artigos e muitos através de parcerias, sendo que 10 publicaram três artigos, 40 publicaram dois artigos e 105  publicaram apenas um artigo. Tabela 3 Institutos com Maior Número de Publicações. Instituições/Organizações Registros % de 208 Citações United States Department Of Energy Doe 13 6,250 187 Hitachi Ltd 12 5,769 31Ford Motor Company 11 5,288 20Chinese Academy Of Sciences 10 4,808 67Pacific Northwest Laboratory 8 3,846 97Chloride Silent Power Ltd 7 3,365 25Imperial College London 7 3,365 312  Ngk Insulators Ltd 6 2,885 7 Beta Res Dev Ltd 5 2,404 95Brown Boveri Cie Ag 5 2,404 13  A Tabela 4 reúne as nacionalidades dos documentos  publicados. No total tem-se 24 países, onde cinco deles são responsáveis por quase a totalidade de publicações 166  publicações (79,81%). Na tabela o número de registros de cada país conta também com publicações colaborativas com outros países, logo a soma do número de publicações representa um número maior de documentos onde o excedente corresponde ao número de colaborações internacionais. Isso mostra que a colaboração entre os países no desenvolvimento das baterias de sódio de alta temperatura é inexpressiva, correspondendo a apenas nove registros 4,33% do total. Além da tabela mostrar onde se concentram os estudos, mostra a qualidade dos estudos por meio das citações. Os países com maior número de citações são: Estados Unidos da América (EUA), Inglaterra, França, China e Japão. Tabela 4 Países que Contribuíram para o Desenvolvimento das Baterias NaS/Zebra.    P  a   í  s  e  s   /   T  e  r  r   i   t   ó  r   i  o  s   R  e  g   i  s   t  r  o  s   %    d  e   2   0   8   C   i   t  a  ç   õ  e  s   P  a   í  s  e  s   /   T  e  r  r   i   t   ó  r   i  o  s   R  e  g   i  s   t  r  o  s   %    d  e   2   0   8   C   i   t  a  ç   õ  e  s EUA 71 34,135 642 Holanda 2 0,962 14Japão 36 17,308 152 Espanha 2 0,962 43Inglaterra 34 16,346 504 Suécia 2 0,962 92China 15 7,212 245 Bélgica 1 0,481 3 Alemanha 18 8,654 63 Brasil 1 0,481 31Coréia do Sul 8 3,846 69 Chile 1 0,481 22Índia 5 2,404 123 Chipre 1 0,481 0 Canada 4 1,923 18 Malásia 1 0,481 5 França 5 2,404 293 Noruega 1 0,481 1 Austrália 2 0,962 20 Romênia 1 0,481 0 Iran 2 0,962 13 Suíça 1 0,481 43Itália 2 0,962 4 Rússia 1 0,481 0  Volume 12 n. 133 Janeiro/2017 ISSN 1809-3957 Revistas, jornais e boletins são as fontes onde os documentos são publicados. A Tabela 5 mostra as 10 maiores fontes de publicação. Um total de 80 fontes onde 61 (76,25%) publicaram apenas um documento. As 10 fontes na tabela somam mais da metade dos documentos  publicados (123 registros) e o jornal  Journal of Power Source  tem o maior número de registros e de citações sendo cinco vezes maior que o segundo colocado. Tabela 5 As 10 Maiores Fontes de Publicação. Títulos da fonte    R  e  g   i  s   t  r  o  s   %    d  e   2   0   8   C   i   t  a  ç   õ  e  s Journal Of Power Sources 38 18,269 612 Journal Of The Electrochemical Society 36 17,308 117 Abstracts Of Papers Of The American Chemical Society 9 4,327 0 American Ceramic Society Bulletin 8 3,846 20 Denki Kagaku 7 3,365 21 Solid State Ionics 7 3,365 108 Electrochimica Acta 5 2,404 30 Journal Of The Japan Institute Of Metals 5 2,404 7 Electrical Engineering In Japan 4 1,923 5 Electrochemistry 4 1,923 3 Para obter um panorama dos assuntos publicados durante todo o período, as palavras dos títulos foram analisadas. A Tabela 6 mostra as 10 palavras que mais se repetem nos títulos. Preposições artigos e conjunções foram excluídas das estatísticas. As palavras dos títulos dos documentos de 42 anos de pesquisa foram divididas em quatro períodos de 10 anos. Em 208 documentos, foram encontradas 608 palavras diferentes, onde 414 apareceram apenas uma vez, 82 duas vezes, 33 três vezes e 23 quatro vezes. Tabela 6 As 10 Palavras que Mais Aparecem nos Títulos NaS e Zebra. Anos 1972-1983 1984-1993 1994-2003 2004-2013 1972-2013  Número de Documentos 58 34 30 86 208  battery 36 16 9 32 93 sodium-sulfur 50 12 2 8 72 sodium-sulfur batter* 48 12 2 8 70  batteries 22 12 10 21 65 sodium 8 16 8 12 44 sulfur 9 13 2 8 32  beta-alumina (Al2O3) 9 3 3 13 28 energy 0 0 3 18 21 development 8 7 2 3 20 electric 5 1 6 8 20 Com base nos dados da Tabela 6 das 13 aplicações em armazenamento de energia, 11 documentos são sobre a  bateria NaS. A Tabela 7 indica a produção bibliográfica anual das  baterias de íons de sódio. Tabela 7 Produção Anual da Pesquisa das Baterias de Íons de Sódio.    A  n  o  s   d  e   P  u   b   l   i  c  a  ç   ã  o   R  e  g   i  s   t  r  o  s   A  c  u  m  u   l  a   d  o   %    d  e   2   0   1   A  n  o  s   d  e  p  u   b   l   i  c  a  ç   ã  o   R  e  g   i  s   t  r  o  s   A  c  u  m  u   l  a   d  o   %    d  e   2   0   1 2000 1 1 0,498 2007 1 10 0,498 2001 2 3 0,995 2008 1 11 0,498 2002 3 6 1,493 2009 1 12 0,498 2003 0 6 0,000 2010 4 16 1,990 2004 1 7 0,498 2011 11 27 5,473 2005 1 8 0,498 2012 36 63 17,9102006 1 9 0,498 2013 138 201 68,657  A quantidade de publicações das baterias de íons de sódio aumentou a partir de 2011, com um crescimento de 383% entre os anos de 2012 e 2013. Um enorme crescimento comparado com os anos anteriores onde entre os anos de 2004-2009 houve apenas uma publicação por ano. Comparando-se com as baterias de NaS e ZEBRA, apenas no ano de 2013 houve 138 publicações das baterias de íons de sódio (66% do total de publicações das Baterias  NaS e ZEBRA) e 201 publicações no total de 14 anos, quase a mesma quantidade de publicações das baterias de alta temperatura (208) em 42 anos de pesquisa. O gráfico da Figura 5 mostra a evolução do número de publicações durante os anos. Figura 5 - Perfil quantitativo das publicações. Fonte: Dados da pesquisa. O crescimento das publicações nos últimos três anos reflete o grande interesse nesse ramo de estudo, com tendência de um número de publicações crescente para os anos seguintes devido ao alto valor do lítio no mercado. As  baterias de íons de sódio surgem como um segundo tipo de  bateria, visando ser aplicada em alguns campos da bateria de lítio. A Tabela 8 mostra os 10 autores com maior número de  publicações e suas instituições, a pesquisa retornou 645 autores no total, dos quais 432 publicaram apenas um documento (67%), 107 publicaram dois (16%), 50 três documentos (8%), 20 quatro documentos (3%), 15 cinco documentos (2%) e oito publicaram seis documentos (0,9%). O autor que mais publicou foi Yang HX com 11 registros, e Tirado JL o mais citado, 240 citações. O número de citações mede a qualidade do documento publicado.
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