DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1289 文章編號：0254-0096（2023）12-0471-10

摘 要：根據(jù)生命周期理論將燃料電池技術發(fā)展劃分為4個階段：技術萌芽期（1959—1999年）、技術成長Ⅰ期（2000—2009年）、技術成長Ⅱ期（2010—2015年）和技術成熟期（2016—2022年），并定量分析每一階段內燃料電池核心技術及企業(yè)、國家的競爭優(yōu)勢，從而客觀呈現(xiàn)出技術更替和競爭格局演進。另外，由于對企業(yè)和國家的創(chuàng)新能力評價的現(xiàn)有研究忽略了專利的價值及其在專利發(fā)展網(wǎng)絡中的位置和影響，因此該研究基于主路徑SPC算法，通過構建“國家-企業(yè)-專利”多模網(wǎng)絡，將SPC算法遍歷計算的專利節(jié)點值映射到對應的企業(yè)和國家，從專利、企業(yè)、國家3個維度對燃料電池的創(chuàng)新態(tài)勢及三者間的關系進行全面展現(xiàn)。

關鍵詞：燃料電池；信息分析；競爭情報；多模網(wǎng)絡

中圖分類號：TM911.4；G306"""""""""""""""" 文獻標志碼：A

0 引 言

專利作為技術創(chuàng)新成果的表現(xiàn)，常被用來表征技術，用于特定領域內的核心技術識別與跟蹤，預測行業(yè)技術發(fā)展動態(tài)。企業(yè)層面的國內外核心創(chuàng)新主體識別及競爭態(tài)勢評估，同技術層面的情報挖掘一樣，共同構成了專利情報分析的兩個重要的維度。及時有效的關鍵核心技術競爭態(tài)勢評估理論及方法對于中國相關的研發(fā)人員準確把握全球技術競爭態(tài)勢，促進科技創(chuàng)新能力提升及技術競爭優(yōu)勢的保持，具有重要的戰(zhàn)略價值［1］。

把專利分析應用到競爭對手識別中具有十分重要的意義。當前，在專利數(shù)量統(tǒng)計和專利引文分析基礎上，不斷有學者豐富著專利競爭態(tài)勢分析的方法和內容［2］。鄧潔等［3］提出多維專利組合分析模型彌補了單純依靠專利數(shù)量信息在技術競爭情報分析中的不足。周洪等［4］采用T-SNE方法對專利主題進行降維和識別，并構建專利技術-應用二維熱圖識別企業(yè)競爭對手。利用專利引用網(wǎng)絡追蹤創(chuàng)新技術軌跡并監(jiān)測核心企業(yè)的演變目前已成為專利分析的主要方法之一。黎歡等［5］提出將關鍵技術路徑識別方法、高被引分析方法和專利引證地圖方法結合起來用于監(jiān)測全息攝影技術的競爭格局動態(tài)。孫冰等［6］提出依據(jù)識別的專利技術擴散主路徑，基于隨機游走的中介中心度算法對專利權人網(wǎng)絡中核心企業(yè)的甄別的方法。

根據(jù)節(jié)點類型的數(shù)目不同，社會網(wǎng)絡可分為一模網(wǎng)絡、二模網(wǎng)絡及多模網(wǎng)絡［7］，其中最為常見的是一模網(wǎng)絡，即網(wǎng)絡中僅有一種類型的節(jié)點，如作者共現(xiàn)網(wǎng)絡［8-11］、主題共現(xiàn)網(wǎng)絡［12-13］、知識流動網(wǎng)絡［14］等；二模網(wǎng)絡［15-21］及多模網(wǎng)絡則包括兩種或多種類型的節(jié)點，因此雙?；蚨嗄＞W(wǎng)絡可分析不同類型節(jié)點之間的關系。本文通過構建“國家-企業(yè)-專利”三模網(wǎng)絡，對專利影響力的量化評價映射到相對應的國家和企業(yè)上，在解答產(chǎn)業(yè)在不同發(fā)展階段“有哪些關鍵技術”的基礎上，更解答了“這些技術屬于哪些企業(yè)”和“這些企業(yè)屬于哪些國家”等問題，從而全面展示燃料電池的創(chuàng)新態(tài)勢，為領域內技術人員提供科技情報支撐，同時又豐富產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新研究的方法與實踐。

1 燃料電池與專利計量

燃料電池是一種能連續(xù)將燃料的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。中國早在《中國制造2025》中就明確提出燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃。與傳統(tǒng)燃燒發(fā)電方式相比，燃料電池對環(huán)境的污染更小，幾乎不排放硫氧化物和氮氧化物等有害物質，從而能減輕溫室效應的影響，這使得燃料電池成為一種環(huán)保的能源選擇［22-24］。另外，燃料電池能量轉化效率高、壽命長，因此發(fā)展?jié)摿^大。

目前已有許多學者基于專利數(shù)據(jù)對燃料電池技術展開分析。早在2007年，Verspagen［25］就通過引文網(wǎng)絡對燃料電池領域的發(fā)展歷程展開分析。在過去幾年中，國內也有文章對燃料電池整體技術或某些子技術的整體競爭情報予以呈現(xiàn)［26-30］，但這些研究多停留在專利數(shù)量上，對技術影響力或企業(yè)間的競爭態(tài)勢評價較少深入探討。此外，陳傲等［31］對燃料電池技術高被引專利的形成特征展開調研，黃魯成等［32］在2009年也通過專利數(shù)據(jù)對燃料電池技術軌道進行調查，宓澤鋒［33］從燃料電池專利引證的角度論證了本地知識基礎對技術創(chuàng)新的影響。許琦等［34］在Verspagen的基礎上通過專利引文網(wǎng)絡對燃料電池產(chǎn)業(yè)化評價方法進行探索。Ho等［35］運用論文引文網(wǎng)絡及SPC（search path count，搜尋路徑連接數(shù)量）算法調查燃料電池的技術壁壘和研究趨勢。綜合來看，這些研究方法和觀點進一步豐富了對燃料電池技術的理解，并能幫助我們對其發(fā)展趨勢和創(chuàng)新潛力做出更好地評估。但這些分析存在數(shù)據(jù)檢索不全面，重分析技術路線和技術創(chuàng)新、輕整體競爭態(tài)勢，對企業(yè)的競爭評價還停留在數(shù)量層面等問題，因此本文在全面的數(shù)據(jù)收集基礎上，通過構建“國家-企業(yè)-專利”多模網(wǎng)絡，將關鍵技術識別與競爭態(tài)勢分析方法相結合，嘗試對以上不足予以改進。

2 數(shù)據(jù)收集及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集

本研究選擇德溫特創(chuàng)新索引（Derwent innovations index，DII）作為專利數(shù)據(jù)來源，并選擇德溫特手工代碼（Derwent manual code，DMC）進行檢索。DII收集了包含47個專利機構的專利族信息，其特有的德溫特手工代碼對燃料電池相關專利都有專門的分類號（X16-C：燃料電池及其組件；L03-E04：燃料電池）。在仔細閱讀專利德溫特手工代碼的檢索結果后，發(fā)現(xiàn)通過德溫特手工代碼檢索的結果能同時在查全率和查準率上得到較好的結果。因此，本研究將檢索式確定為“MAN=（X16-C* OR L03-E04*）”，檢索時間為2022年4月1日。數(shù)據(jù)清洗后獲得包含405706件專利的153216個專利家族［36-37］。分別提取每個專利家族的最早優(yōu)先權年作為該專利家族的申請時間，提取最早專利優(yōu)先權國家作為該專利家族的技術來源國家信息。全球主要國家燃料電池專利申請趨勢如圖1所示。鑒于1980年前燃料電池專利數(shù)量過少，圖1僅呈現(xiàn)1980—2022年之間的專利申請數(shù)據(jù)。值得注意的是，由于專利從申請到公開存在一段延遲，因此2021—2022年的專利申請數(shù)據(jù)僅供參考。

如圖1所示，從時間分布上來看，根據(jù)技術生命周期理論可將全球燃料電池技術的發(fā)展分為技術萌芽期（1959—1999年）、技術成長Ⅰ期（2000—2009年）、技術成長Ⅱ期（2010—2015年）和技術成熟期（2016—2022年）4個階段［38］。從地理分布上來看，日本、中國、美國、韓國和德國作為5個最主要的全球燃料電池專利的技術來源國家，其中日本共申請58832個專利家族，占比38.4%；中國共申請30777個專利家族，占比20.1%；美國申請18116個專利家族，占比11.8%；韓國共申請10012個專利家族，占比6.5%；德國共申請9394個專利家族，占比6.13%。日本在民用燃料電池技術起步早、發(fā)展快，在1980—1999年間一直維持較高的專利申請量，逐漸確定了其領先地位。自1999年起，燃料電池技術迎來了快速發(fā)展階段，日本燃料電池專利數(shù)量一馬當先，并在2004年達到最高峰。中國在燃料電池領域起步較晚但發(fā)展勢頭迅猛，其專利數(shù)量自2004年后一直快速增長，即使在其他國家的專利申請數(shù)量出現(xiàn)下滑趨勢的2007年之后中國仍在繼續(xù)穩(wěn)步增長，并于2017年超過日本的燃料電池年專利申請量。這主要有兩個原因：一方面中國的燃料電池發(fā)展有廣闊的市場和充足的資金支持，另一方面是中國科技評價體系也對專利的重視程度越來越高。

2.2 專利引文網(wǎng)絡構建與節(jié)點遍歷

在對燃料電池領域153216條專利家族的引文信息進行清洗和去重后，獲得867381條引用信息，合并同族引文信息［39］后為304950條引文信息。隨后構建專利引文網(wǎng)絡［40］，該專利引文網(wǎng)絡中平均每個節(jié)點與6.64個臨近節(jié)點建立聯(lián)系，其中最大的引文子網(wǎng)包括88375個專利節(jié)點，占總引文網(wǎng)絡的96.3%。燃料電池專利不同時期間引用頻次分布如表1所示，以技術成熟期為例，該時期的專利分別引用了技術萌芽期的專利2243次、技術成長Ⅰ期14674次、技術成長Ⅱ期18203次及技術成熟期13311次。

為更好地呈現(xiàn)燃料電池在每個發(fā)展階段中產(chǎn)生重要影響的專利，本文將專利引文網(wǎng)絡按前述技術發(fā)展周期拆分成4個子網(wǎng)，并運用主路徑方法中的SPC算法逐個遍歷每個子網(wǎng)，從而計算每個專利家族的節(jié)點值并識別出在每個發(fā)展階段中產(chǎn)生重要影響的專利。為方便對創(chuàng)新主體進行分時期的計算和分析，對遍歷后的專利節(jié)點值進行歸一化處理，如圖2所示。由圖2可知，技術萌芽期的引文子網(wǎng)涵蓋引文流1、2、4和7；技術發(fā)展Ⅰ期的引文子網(wǎng)涵蓋引文流2、3、5和8；技術發(fā)展Ⅱ期的引文子網(wǎng)涵蓋引文流4、5、6和9；技術成熟期的引文子網(wǎng)涵蓋專利引文流7、8、9和10。

2.3 “國家-企業(yè)-專利”三模網(wǎng)絡構建

基于專利節(jié)點值，構建“國家-企業(yè)-專利”多模網(wǎng)絡從而進一步對國家或企業(yè)的創(chuàng)新能力進行評價，如圖3所示?？紤]到專利權人名稱具有多樣性，本文在進行燃料電池相關創(chuàng)新主體分析時使用專利權人標準代碼以確保分析結果的準確性。標準代碼是DII為規(guī)范企業(yè)名稱給專利量大于1000件的公司賦予的一串識別代碼（XXXX-C），該代碼具有唯一性。這些公司被稱為標準公司，目前全世界約有21000家標準公司［41］。

對每一個技術發(fā)展階段，將每個專利與其對應的專利權人（標準公司）、最早優(yōu)先權國家分別相連，并將前述專利引文網(wǎng)絡中計算的專利節(jié)點值賦值給在該網(wǎng)絡中所有與之相連的邊，即可得到一個加權的三模網(wǎng)絡，如圖3a所示。為更好地呈現(xiàn)結果，本文將節(jié)點值小于一定閾值的邊進行過濾，如圖3b所示，使得每個階段的節(jié)點數(shù)量均小于等于100。令國家和企業(yè)的節(jié)點值等于與其所有直接相連的專利節(jié)點值之和，即可基于SPC算法對國家和企業(yè)的創(chuàng)新能力進行定量評價［42］。以圖3a中國家1為例，其節(jié)點值為0.1+0.2+0.4=0.7，與專利A、B、D的節(jié)點累加值相等；企業(yè)甲則因為大多數(shù)專利的最早優(yōu)先權國為國家1，只計算其在國家1申請的所有專利（專利A、B），其節(jié)點值為0.1+0.2=0.3。為更好地呈現(xiàn)結果，本文將節(jié)點值小于一定閾值的邊進行過濾，如圖3b所示，使得每個階段的節(jié)點數(shù)量均小于等于100。

3 “國家-企業(yè)-專利”網(wǎng)絡的演變分析

前文根據(jù)生命周期理論將全球的燃料電池技術創(chuàng)新網(wǎng)絡分為技術萌芽期、技術發(fā)展Ⅰ期、技術發(fā)展Ⅱ期和技術成熟期4個階段，接下來，通過“國家-企業(yè)-專利”三模網(wǎng)絡可挖掘出不同時期內具有高影響力的專利與企業(yè)、國家的關系，從而可識別不同國家和企業(yè)的核心技術競爭優(yōu)勢。

3.1 技術萌芽期

技術萌芽期全球燃料電池技術共有16606個專利家族申請記錄，以0.043作為邊的閾值對網(wǎng)絡進行過濾，并提取最大連通子團（包含99個節(jié)點），可得如圖4所示的全球燃料電池技術主要創(chuàng)新網(wǎng)絡。整體來看，在燃料電池的技術萌芽期，雖然日本的專利申請量遙遙領先，但美國仍占據(jù)絕對優(yōu)勢，其開展燃料電池技術創(chuàng)新研究的企業(yè)最多，遠超同時期的其他國家，這意味著美國整體的專利價值和影響力是遠超日本等其他國家的。該時期核心專利多由美國企業(yè)所把握，日本雖然有很多的企業(yè)參與研發(fā)，但鮮有核心專利出現(xiàn)。

在此期間的主要創(chuàng)新主體是電氣企業(yè)，其中技術影響力最高的企業(yè)是現(xiàn)為美國聯(lián)合技術有限公司（United Technologies Corporation，UTC）的UNAC-C，該公司設立了專門研發(fā)燃料電池的部門，該部門也是著名燃料電池公司UTC Power的前身。UTC在當時還生產(chǎn)出了商業(yè)化、大型的、用于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠固定燃料電池。緊隨其后的是BLRD-C（巴拉德動力系統(tǒng)公司，Ballard Power Systems INC）和USAT-C（美國能源部）。美國能源部的相關專利主要是和USGO-C（美國聯(lián)邦政府）合作申請的。著名的催化劑生產(chǎn)公司ENGH-C（恩格哈德公司，Engelhard）在網(wǎng)絡中也處于重要位置。有趣的是，日本三洋電氣公司SAOL-C（Sanyo Electric Corporation）的專利均是和美國的能源研究公司［43］（Energy Research Corporation，ERC）

共同持有的，而ERC則在1995年就在美國能源部的資助下展開了燃料電池商業(yè)化的計劃。此外，作為美國的核電龍頭的西屋電氣公司W(wǎng)ESE-C（Westinghouse Electric Corporation），GASE-C（Gas Technology Inst，美國天然氣工藝研究院），GENE-C（General Electric Corporation，美國通用電氣公司），日本MATU-C（Panasonic Corporation，松下電器公司），法國著名電工設備制造企業(yè)ALST-C（Alsthom Atlantique，現(xiàn)為阿爾斯通公司），德國SIEI-C（Siemens AG，西門子股份），F(xiàn)RAU-C（FRAUNHOFER-GES FORD ANGE，弗勞恩霍夫應用研究促進協(xié)會）也有一定技術影響力。汽車制造企業(yè)如：GENK-C（General Motors Corporation，通用），F(xiàn)ORD-C（Ford Motor Corporation，福特），DAIM-C（Daimler AG，戴姆勒股份公司），TOYT-C（Toyota Motor Corporation，豐田），HOND-C（Honda Motor Co，本田），NSMO-C（Nissan Motor Co，日產(chǎn)）在燃料電池領域的技術創(chuàng)新研發(fā)開始嶄露頭角。

在燃料電池的技術萌芽期，按照技術主題可將核心專利分為以下幾個方面：固體電解質燃料電池內燃料流動與密封（US4910100-A、EP98495-A、EP357025-A、US4276355-A、GB2323700-A、BE841168-A、WO9606387-A1），燃料電池一氧化碳去除系統(tǒng)（JP8106914-A、WO9409523-A1、WO200022690-A1），燃料電池的流場板（US4988583-A），燃料電池系統(tǒng)的凈化循環(huán)（WO200126173-A1），抑制燃料電池碳酸鹽的堆積（BE824178-A），聚合物電解質膜燃料電池（EP774794-A1），電動汽車驅動燃料電池（DE4442285-C1、DE4329819-A1），固體氧化物燃料電池的直流電輸出（EP275661-A、US4310605-A），模塊化固體氧化物燃料電池（WO9521469-A1），固體電解質燃料電池耐熱電極（EP338823-A），使用疊層板堆疊的交換膜燃料電池（DE2831799-A），燃料電池電解質（DE2045632-A、BE786922-A），燃料電池電解液儲存器（US4064322-A），使用熔融碳酸鹽電解質的燃料電池（US4079171-A），燃料電池的冷卻模塊（EP39236-A），卷狀膜電極組件（WO9904446-A1），輕質燃料電池膜電極組件（US5252410-A），燃料電池控制系統(tǒng)（WO200126174-A1、WO200108247-A1），燃料電池結構布置（US4342816-A、DE2500304-A、US4219611-A、US3779811-A、US4857420-A、US6541176-N、US4761349-A、WO9833226-A1），減少燃料電池的電解質損失（GB2090046-A），燃料電池電解液冷卻和防腐蝕（US3761316-A、US4233369-A、DE2210673-A、US3923546-A），不使用惰性支撐材料且核心組件為蜂窩狀的固體燃料電池（DE3616878-A、US4476198-A），固體電解質電池導電互連層燒結（US6922429-N）等。

3.2 技術發(fā)展Ⅰ期

技術發(fā)展Ⅰ期全球燃料電池技術共有59006個專利家族申請記錄，以0.013作為邊的閾值對網(wǎng)絡進行過濾，并提取最大連通子團（包含99個節(jié)點），得到的關鍵技術創(chuàng)新網(wǎng)絡如圖5所示。在燃料電池的技術成長Ⅰ期，雖然美國的專利申請量迅速攀升，但其技術影響力值有所降低，日本和歐洲則在技術影響力上快速崛起，打破了長久以來美國在燃料電池技術獨領風騷的模式，而中國的技術影響力還沒跟上專利數(shù)量上的迅速發(fā)展。傳統(tǒng)電氣制造企業(yè)對燃料電池技術研發(fā)開始衰退，新興初創(chuàng)電氣公司開始興起，如BLOO-C（布魯姆能源）的迷你冰箱大小的家用固體氧化物燃料電池微型發(fā)電站 Bloom Box技術。如日本本田、豐田汽車公司等汽車制造企業(yè)對燃料電池技術的研發(fā)持續(xù)增大。與此同時大學逐漸成為重要的創(chuàng)新力量，尤其是UYRR-C（丹麥技術大學，DTU），其申請的包含WO2006082057-A2在內的一系列關于可逆固態(tài)氧化物專利在燃料電池技術發(fā)展過程中具有里程碑意義。美國的大學如REGC-C（美國加利福尼亞大學）、UPEN-C（賓夕法尼亞大學）、UYFL-C（佛羅里達大學）等也有較多核心專利產(chǎn)出。此外HYMR-C（Hyundai Motor，韓國現(xiàn)代）、SMSU-C（Samsung Ltd.，韓國三星）、AIRP-C（空氣化工產(chǎn)品公司）、SECN-C（荷蘭能源建設基金中心）、COMS-C（法國原子能委員會）等新的創(chuàng)新主體開始參與燃料電池技術的創(chuàng)新之中。

在燃料電池的技術成長Ⅰ期，按照技術主題可將核心專利分為以下幾個方面：通過吸附模塊箱燃料電池陽極供應純氫氣流（WO200235623-A2），固體氧化物燃料電池的單電池制備（EP1383195-A2、US2002081762-A1），具有金屬載體的固體氧化物燃料電池（FR2945378-A1、WO2004030133-A1、WO2005122300-A2、WO2009014775-A2），燃料電池的邊緣覆蓋惰性材料（US2002061429-A1），具有多孔陽極支撐層的固體氧化物燃料電池（WO2006079558-A1、EP2031675-A1、WO2009128849-A1），可逆固體氧化物燃料電池（EP2031684-A2、US2010136380-A1、US2008124602-A1、WO2006082057-A2、WO2008061782-A2），固體氧化物燃料電池的金屬陶瓷電極材料制備（EP2031679-A2、WO2006069753-A1、WO2011019825-A2），多孔陶瓷固體氧化物電池（EP2104165-A1、US2009061284-A1、WO2003105252-A2、US2004166380-A1），固體氧化物燃料電池的分級多層結構電極（WO2006074932-A1、EP2031682-A2），管狀固體氧化物燃料電池（WO200221625-A2、WO2008016345-A2、WO2007005767-A1、WO200221625-A2），燃料電池碳氫燃料流量控制（EP1122805-A2、WO2003052860-A2、US2006174952-A1），用于燃料電池的電解屏障（WO200193362-A1），用于便攜式電子系統(tǒng)的燃料電池（US6653005-B1、EP1306917-A2），質子交換膜燃料電池散熱（US6468682-B1、US2004076868-A1），燃料電池廢氣流動通道（US2002094469-A1），車載固體氧化物燃料電池（EP1298753-A2）等。

3.3 技術發(fā)展Ⅱ期

技術發(fā)展Ⅱ期全球燃料電池技術共有34433個專利家族申請記錄，以0.047作為邊的閾值對網(wǎng)絡進行過濾，并提取最大連通子團（包含98個點），可得如圖6所示的全球燃料電池技術主要創(chuàng)新網(wǎng)絡。在燃料電池的技術成長Ⅱ期，燃料電池相關企業(yè)呈現(xiàn)出遍地開花的景象，企業(yè)間技術實力的差距逐漸縮小。美國競爭力開始衰退，日本逐漸成為行業(yè)領頭羊，中國企業(yè)開始展露蹤影。該時期內，日本企業(yè)實現(xiàn)了從專利數(shù)量的競爭優(yōu)勢到以核心專利作為代表的核心技術競爭力的轉變，NSMO-C（Nissan Motor Ltd.，日本日產(chǎn)）、TOYT-C（日本豐田）、HOND-C（日本本田）、TOYT-C（豐田汽車公司）、KOBM（KOBE STEEL LTD，日本神戶制鋼公司）、SUME-C（SUMITOMO ELECTRIC IND LTD，住友電工）等有大量的核心專利產(chǎn)出，并積極運用專利戰(zhàn)略擴大燃料電池市場份額。例如豐田在2015年的宣布將包含從氫氣的制取到電動汽車應用的整個產(chǎn)業(yè)鏈共5680件燃料電池技術相關專利開放許可，其中70件關于氫氣生成和供應方面的專利無限期免費，其余專利免費使用到2020年［44］。美國的BLRD-C（巴拉德動力系統(tǒng)公司）、BLOO-C（布魯姆能源）、MINN-C（3M創(chuàng)新資產(chǎn)公司）等公司仍有很強的競爭力。德國的SUM-C（AUDI AG，奧迪汽車）、UNAC-C（聯(lián)合技術有限公司，UTC POWER CORP）和BLRD-C（巴拉德動力公司）等公司采用聯(lián)合研發(fā)燃料電池汽車的技術策略。除DFEC-C（東方電氣）外，中國的主要創(chuàng)新主體為科研機構和大學，其中CACP-C（中科院大連物化所）、UYSC-C（華南理工大學）、UYQI-C（清華大學）、UYHD-C（華北電力大學）等已具有一定的創(chuàng)新規(guī)模。

在燃料電池的技術成長Ⅱ期，按照技術主題可將核心專利分為以下幾個方面：燃料電池用膜電極催化劑（WO2014175098-A1、WO2017042919-A1、WO2013073383-A1、WO2012096023-A1、WO2012125138-A1），聚合物電解質燃料電池的催化劑（JP4880064-B1、JP2013131420-A），操作固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的方法（US2012178003-A1），燃料電池系統(tǒng)的熱交換器（US2012196194-A1），模塊化燃料電池系統(tǒng)（US2012189940-A1），燃料電池加濕器具有改進的結構（WO2012094764-A1），用于捕獲鉻而配置的燃料電池系統(tǒng)（WO2014143957-A1），氧化還原液流電池系統(tǒng)（US2015017556-A1、US2015226806-A1、WO2011136256-A1、WO2015019972-A1），用于燃料電池的增強復合膜包括多孔載體（WO2014104785-A1），用于燃料電池電極、質子交換膜（PEM）或作為催化劑添加劑的新型聚合物制備（WO2011149732-A2、WO2011129967-A2），燃料電池用鈦隔板（WO2012011201-A1、WO2012011200-A1），燃料電池堆在燃料電池汽車上安裝位置（WO2013118602-A1）等。

3.4 技術成熟期

技術成熟期間全球燃料電池技術共有43171個專利家族申請記錄，以0.046作為邊的閾值對網(wǎng)絡進行過濾，并提取最大連通子團（包含99個點），可得如圖7所示的全球燃料電池技術主要創(chuàng)新網(wǎng)絡。在燃料電池的技術成熟期內，中國的燃料電池技術迅速崛起，其創(chuàng)新主體數(shù)量也隨之迅速增加。與此同時，之前一直引領技術發(fā)展的美國和日本在這一時期一落千丈，韓國和德國的影響力則更小。技術影響力較高的創(chuàng)新主體是UBCE-C（北京建筑大學）、UEST-C（電子科技大學）、UYQI-C（清華大學）、UYSI-C（上海電力大學）和USHA-C（山東大學）等，節(jié)點值較大的企業(yè)創(chuàng)新主體是BAIC-C（北京新能源汽車公司）、JIAN-C（安徽江淮汽車）、WEIC-C（濰柴動力）、FAWG-C（中國一汽）、CSHI-C（中船工業(yè)）、CAER-C（中國航天）、CRRC-C（中國中車）、SHSL-C（北京億華通科技公司）、DMOT-C（東風電動車輛公司）、CHRA-C（奇瑞汽車）等。在燃料電池的技術成熟期，按照技術主題可將核心專利分為以下幾個方面：燃料電池參數(shù)控制系統(tǒng)（CN106469819-A、CN109768302-A），功率控制及優(yōu)化系統(tǒng)（CN107264324-A、CN109693578-A、CN110271454-A、CN108556672-A），性能測量反饋系統(tǒng)（CN106410243-A、CN105895941-A、CN107202961-A、CN112228331-A），熱交換、冷卻及溫控系統(tǒng)（CN107425210-A、CN106159297-A、CN110380084-A、CN109888330-A），車載反應產(chǎn)氫（CN107839522-A），氫氣控制系統(tǒng)（CN108550880-A、CN111063916-A），冷啟動陽極清掃（CN110137536-A）、質子交換膜燃料電池膜電極的制備（CN106784943-A），燃料電池電堆活化控制（CN110993990-A）、燃料電池混合動力驅動機器人（CN107214450-A、CN106584448-A）等。

4 結 論

本文首先將燃料電池的發(fā)展分為多個時期，通過專利引文網(wǎng)絡遍歷的方法識別在技術發(fā)展中具有高影響力的專利，并借助“國家-企業(yè)-專利”多模網(wǎng)絡，將專利的影響力結果映射到國家和企業(yè)層面，并得到以下主要結論：

1）1959—1999年間，雖然日本在燃料電池領域專利數(shù)量最多，但美國在燃料電池相關技術仍擁有絕對優(yōu)勢，該時期內核心專利多由美國企業(yè)所把握，日本雖然有很多的企業(yè)參與研發(fā)，但鮮有核心專利出現(xiàn)。電氣行業(yè)的相關企業(yè)成為了燃料電池技術的主要創(chuàng)新主體，汽車行業(yè)相關技術研發(fā)也開始萌芽。核心技術主要涉及燃料電池的結構布置、燃料流動與密封、冷卻模塊和耐熱電極制備等。

2）2000—2009年間，日本和歐洲的技術影響力飛速發(fā)展，打破了長久以來美國在燃料電池技術的遙遙領先地位。傳統(tǒng)電氣制造企業(yè)對燃料電池技術研發(fā)開始衰退，新興初創(chuàng)電氣公司開始興起，汽車制造企業(yè)對燃料電池技術的研發(fā)持續(xù)增大。核心技術主要涉及可逆固體氧化物燃料電池，管狀固體氧化物燃料電池和金屬陶瓷電極材料制備等。

3）2010—2015年間，燃料電池相關企業(yè)呈現(xiàn)出遍地開花的景象，美國競爭力開始衰退，日本成為行業(yè)領頭羊，中國企業(yè)開始展露蹤影，日本的企業(yè)實現(xiàn)了從專利數(shù)量的競爭優(yōu)勢到以核心專利作為代表的核心技術競爭力的轉變。核心技術主要涉及燃料電池用新型催化劑，燃料電池電極或質子交換膜（PEM）的新型聚合物制備等。

4）2016—2022年間，中國燃料電池技術專利數(shù)量和技術影響力都迅速崛起，同時創(chuàng)新主體也迅速增多，創(chuàng)新主體呈現(xiàn)出大型化和多元化的特點。核心技術主要涉及燃料電池控制及功率優(yōu)化系統(tǒng)，熱交換、冷卻及溫控系統(tǒng)等。

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EVOLUTION OF GLOBAL FUEL CELLS INNOVATION

LANDSCAPE BASED ON “COONTRY-ENTERPRISE-PATENT”

MULTI-MODE NETWORK PERSPECTIVE

Zhu Xiuzhu1，Ji Yakun2，Sun Minghan3

（1. School of Information Management， Nanjing University， Nanjing 210023， China；

2. School of Management， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China；

3. School of Intellectual Property， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）

Abstract：According to the life cycle theory， the development of fuel cell technology is divided into four stages： technology emerging stage （1959—1999）， technology growth I stage （2000—2009）， technology growth II stage （2010—2015）， and technology maturity stage （2016—2022）. The critical technologies of fuel cells and the competitive advantages of enterprises and countries within each stage are quantitatively analyzed to objectively present the evolution of technology and competitive landscape. In addition， since the existing studies on the evaluation of innovation capability of companies and enterprises ignored the value of patents and their position and influence in the patent development network， we combine the SPC （search path counts） algorithm of MPA （main path analysis） and the “country-enterprise-patent” multi-mode network to map the values of patent nodes calculated by SPC to the corresponding enterprises and countries. Therefore， we can provide a comprehensive picture of the innovation situation of fuel cells in three dimensions： patents， enterprises， and countries.

Keywords：full cells； information analysis； competitive intelligence； multi-mode network

收稿日期：2022-08-25

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項（30922011407）；國家自然科學基金（71072033）

通信作者：孫明漢（1991—），男，博士、講師，主要從事技術創(chuàng)新與知識產(chǎn)權管理方面的研究。sunminghan6@njust.edu.cn