李 昕，彭元亭，曾 輝，譚 波，陳思安

應(yīng)用研究

燃料電池儲氫技術(shù)專利分析

李 昕，彭元亭，曾 輝，譚 波，陳思安

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

儲氫技術(shù)是氫能燃料電池發(fā)展的核心問題，本文對燃料電池儲氫技術(shù)在中國的專利申請進行統(tǒng)計，對申請時間分布、技術(shù)方向分類、主要申請人構(gòu)成、法律狀態(tài)等方向進行分析，為該領(lǐng)域研究人員及企業(yè)提供研究態(tài)勢和發(fā)展思路參考。

燃料電池 儲氫 專利分析

0 引言

新能源是當(dāng)今科技發(fā)展的重點，氫能是一種重要的二次能源，人們對氫能的開發(fā)利用寄予極大的期望[1～2]。氫資源來源豐富，通過燃料電池可以把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，同時與傳統(tǒng)的燃油發(fā)電機相比，有高效率、低污染、運行噪聲小等優(yōu)點[3～4]。氫能與燃料電池組配，特別適合用于制成輕量化、便攜式的清潔能源產(chǎn)品，可替代傳統(tǒng)電池及發(fā)電機，廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、航空航天、野外作業(yè)等領(lǐng)域。而儲氫技術(shù)是當(dāng)前制約氫能燃料電池發(fā)展的核心問題。

儲氫技術(shù)的研究主要有物理儲氫和化學(xué)儲氫兩個方向。物理儲氫主要有高壓氣態(tài)儲氫，液態(tài)儲氫，碳質(zhì)吸附儲氫等。化學(xué)儲氫法主要有金屬氫化物儲氫、有機液氫化物儲氫、無機物儲氫等[5]。儲氫技術(shù)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是儲氫密度、充放氫速率、充放氫的可逆性、循環(huán)壽命以及使用安全性等。本文對國內(nèi)燃料電池儲氫技術(shù)的專利申請進行統(tǒng)計，分析該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢。

本文數(shù)據(jù)來源于PATSPAP專利數(shù)據(jù)庫，根據(jù)專利法的相關(guān)規(guī)定，發(fā)明專利申請公布相比申請日有18個月滯后期，經(jīng)發(fā)明人要求提前公開也需要6～8個月[6]，因此2021年申請數(shù)據(jù)還未公布，為便于統(tǒng)計分析，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計截止時間定于2020年12月。

1　技術(shù)發(fā)展趨勢分析

圖1是1988～2020年期間我國氫燃料電池儲氫技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量變化趨勢。在1988～1999年期間，儲氫技術(shù)專利申請數(shù)量屈指可數(shù)，這期間國內(nèi)科研基礎(chǔ)薄弱，研究者們對燃料電池儲氫技術(shù)的關(guān)注度不高。進入二十一世紀(jì)后，隨著能源問題的日益突出，國家的戰(zhàn)略重點逐漸轉(zhuǎn)向可再生能源方向，氫能技術(shù)被列入《“十五”科技發(fā)展規(guī)劃》，受政策影響，2000～2010年間，國內(nèi)儲氫技術(shù)處于平穩(wěn)增長期，中國政府對儲氫技術(shù)的支持力度加大，促進了該技術(shù)領(lǐng)域的專利產(chǎn)出。2011年至今，儲氫技術(shù)進入高速發(fā)展期，政府相繼發(fā)布了《“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030年）》《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年）》等頂層規(guī)劃[7]，促進了我國企業(yè)在儲氫技術(shù)領(lǐng)域投入大量的人力和物力進行研發(fā)工作，儲氫技術(shù)在國內(nèi)得到飛速的發(fā)展。

可以看出，儲氫技術(shù)在國內(nèi)的申請量變化趨勢與國外趨勢大體相同，最大的區(qū)別在于中國的氫能技術(shù)自2000年才開始進入發(fā)展期，落后其他世界大國接近20年，因此國內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱，技術(shù)積累相對落后。在國家相關(guān)政策的支持與引導(dǎo)下，近十年里國內(nèi)儲氫技術(shù)發(fā)展迅速，與國際領(lǐng)先技術(shù)的差距不斷縮小，甚至在某些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)可以達到國際先進水平，但不可否認(rèn)的是，我國在該領(lǐng)域整體技術(shù)水平還處于落后狀態(tài)，國內(nèi)研究機構(gòu)及相關(guān)企業(yè)的關(guān)注和科研力度還需進一步加強。

圖1 中國專利申請量的時間分布

2　技術(shù)方向分析

圖2是我國儲氫技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩康募夹g(shù)方向分析，按IPC分類號對申請的專利進行分類。從圖2可以看出，該領(lǐng)域主要技術(shù)方向包括：燃料電池（H01M8）、氣體或液體的貯存或分配（F17）、氫/含氫混合氣/從含氫混合氣中分離氫/氫的凈化（C01B3）、一般車輛（B60）、發(fā)電/變電或配電（H02）、電極（H01M4）、電解或電泳工藝/其所用設(shè)備（C25）、一般的物理或化學(xué)的方法或裝置（B01）、超微技術(shù)（B82）、碳及其化合物（C01B31）、冶金/黑色或有色金屬合金/合金或有色金屬的處理（C22）、堿金屬、堿土金屬、鎂或鈹?shù)臍渑鸹锏闹苽洌–01B6）等。對申請專利的技術(shù)方向進行分類統(tǒng)計，與主要儲氫方式相關(guān)技術(shù)進行對比關(guān)聯(lián)，統(tǒng)計出目前主要儲氫技術(shù)路線的專利申請情況，如圖3所示。

依據(jù)專利分類排序統(tǒng)計可知，國內(nèi)儲氫技術(shù)研發(fā)的重點依次為有機液體儲氫、固態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、碳質(zhì)吸附儲氫、高壓氣態(tài)儲氫。高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)相對成熟度較高，已經(jīng)得到廣泛使用，現(xiàn)階段國內(nèi)加氫站主要采用高壓氫瓶，但是較低的體積容量比限制了電動車?yán)m(xù)航力的提升，從專利申請量可以看出該技術(shù)的關(guān)注度不如其他儲氫方向。低溫液態(tài)儲氫具有較高的儲氫密度，適用于航天航空領(lǐng)域，但是高成本、高能耗的使用條件應(yīng)用于民用產(chǎn)業(yè)的難度較大。固態(tài)儲氫在儲氫密度上優(yōu)勢明顯，但還需要解決充放氫溫度高以及循環(huán)性能差的問題，專利申請主要集中在儲氫材料以及應(yīng)用方面，復(fù)合氫化物是近年的一個研究熱點。碳質(zhì)吸附儲氫技術(shù)，是最近幾年以來參考吸附原理發(fā)展壯大起來的一類物理性儲氫模式，碳的比實際表面積與微孔實際有效體積是判斷氫氣吸附作用功能最為重要的2個影響因素，但是其不足之處是儲氫速率比較緩慢。有機液體儲氫具有儲氫量高、安全性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但也需要改善反應(yīng)溫度、脫氫效率、催化劑毒化等方面的問題，是當(dāng)前研究的重點方向。

圖2 中國專利申請量的技術(shù)方向

圖3 主要儲氫技術(shù)方向分析

3　申請人分析

圖4為在燃料電池儲氫技術(shù)領(lǐng)域中國專利申請的主要申請人情況，從圖中可以看出15位主申請人中有半數(shù)以上均為國內(nèi)高?；蚩蒲性核送庖恍┲嚻笠约皣鴥?nèi)新能源科技公司也有很大的貢獻。高校及科研院所是科技創(chuàng)新的主力軍，而國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)也在儲氫技術(shù)領(lǐng)域投入了大量的人力物力，并且獲得了一定數(shù)量的專利積累，說明國內(nèi)企業(yè)在儲氫技術(shù)方面有相當(dāng)程度的技術(shù)積累，為產(chǎn)業(yè)化的推進奠定了基礎(chǔ)。

圖4 主要申請人排名

4 法律狀態(tài)分析

從圖5可以看出，統(tǒng)計的8165件在華專利中，有效專利3610件，占比44.2 %，在審專利1760件，占比21.6 %，失效專利2704件，占比33.1 %。審查中的專利約為總數(shù)量的1/5，說明最近兩年有大量的申請人提交了專利審核。失效專利大部分是由于申請人在專利獲得授權(quán)后未能按時繳納年費導(dǎo)致，此外的主要失效原因是申請人未能及時回復(fù)審查機構(gòu)針對在審專利發(fā)出的審查意見，視為撤回申請。儲氫技術(shù)領(lǐng)域的專利法律狀態(tài)說明該領(lǐng)域的專利管理存在問題，國內(nèi)應(yīng)著力于提高創(chuàng)新水平以及專利質(zhì)量，對公布的專利加強后期管理。

圖5 專利法律狀態(tài)構(gòu)成圖

5 結(jié)語

我國儲氫技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠陌l(fā)展起步較晚，但是在相關(guān)政策支持和引導(dǎo)下，具有非常積極的發(fā)展態(tài)勢，但申請量突飛猛進的同時也需要提高創(chuàng)新水平以及專利質(zhì)量，加強對該領(lǐng)域?qū)＠挠行Ч芾怼Ｓ袡C液態(tài)儲氫是目前最受關(guān)注的儲氫技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用途徑與商業(yè)前景。從主要申請人分布構(gòu)成可以看出國內(nèi)產(chǎn)業(yè)布局的結(jié)構(gòu)已初步形成，以高校及科研院所作為專項技術(shù)突破，國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)加緊實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，企業(yè)和產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，加快國內(nèi)自主化產(chǎn)業(yè)生態(tài)的打造。

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Patent Analysis of Fuel Cell Hydrogen Storage Technology

Li Xin, Peng Yuanting, Zeng Hui, Tan Bo, Chen Si’an

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM911

A

1003-4862（2021）09-0027-03

2021-06-07

李昕（1989-），男，碩士，研究方向：燃料電池儲氫技術(shù)。E-mail：276060983@qq.com