【最新】氢燃料电池专利情报分析报告
发布时间:2018-12-21
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上海合既得动氢机器有限公司和广东合即得能源科技有限公司是中国水化集团的核心创新企业,分别于2012年和2013年成立后致力于氢燃料电池研发,并在分别在2015年和2016年实现专利数量暴发。

引言:据预测,2030年度燃料电池汽车全球市场规模将超过198万辆,市场增长潜力巨大,根据中国汽车工程学会20161026日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中的数据,2030年,中国燃料电池汽车的规模将达到百万辆。随着各国政府对氢燃料电池汽车产业的扶持及关键技术的突破,未来几年燃料电池汽车产业将迎来爆发式增长。

 



氢燃料电池简介

 

氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。

 

氢燃料电池的基本结构和基本燃料电池的结构相同包括:电极、电解质隔膜与集电器等。电极是燃料氧化和还原的电化学反应发生的场所,可分成阴极与阳极两部分。电解质隔膜的功能是分隔氧化剂与还原剂并同时传导离子。目前燃料电池所采用的电解质隔膜可以分为两类,一类为以绝缘材料制作多孔隔膜,例如石棉膜、碳化硅膜和铝酸锂膜等,再将电解液,例如氢氧化钾、磷酸和熔融碳酸盐等,浸入多孔隔膜:另一类电解质隔膜为固态离子交换膜,例如质子交换膜燃料电池中采用的全氟磺酸树脂膜。集电器也称做双极板,它只有收集电流、疏导反应气体及分隔氧化剂与还原剂的作用;双极板的性能取决于材料特性、流场设计与加工技术。

 

20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域[5]。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。随着制氢技术的发展,氢燃料电池离我们的生活越来越近。

 

氢燃料电池发展技术障碍

 

1)氢气的制取。一般工业制氢方法有电解水、台烃的化石燃料中制氢、太阳能光电化学分解热化学制氢制氢、光和微生物制氢等多种方法,但是目前还没有一种价格低廉、无污染、制作工艺成熟、技术优良的工艺方法,这个也是氢燃料电池技术攻关的方向和目标。

 

2)氢气的储存。一般的储存方法有常压储氢、高压储氢、液氢储氢。金属氢化物储氢以及吸附储存,由于氢质量轻,无色无味,易泄漏、易在空气中达到爆炸极限,所以氢的储存成为了制取之后又一个技术性难题。

 

3)氢气的运输。氢虽然有良好的可运输性,但不论是气态氢或是液氢,在使用过程中都存在不可忽视的实际问题。第一,氢质量轻,在运输和使用时单位能量所占的体积相对较大,这对作汽车动力有一定的挑战。第二,氢易泄漏,在真空密封的燃料箱每24小时的泄漏率达2%,因此对贮氢容器和输氖管道、接头、阀门等都要采取特殊的密封措施;第三,液氢的温度极低,仅一滴液氢即可引起严重的皮肤冻伤。因此在运输和使用过程中必须十分谨慎,要特别注意采取各种安全措施。

 

检索数据库及检索年限

 

本报告检索了从1989年至2018年的中外专利数据库,共检索相关专利4074件,其中国内专利1997件,国外专利2077件,后续将分别对国内和国外专利情况进行分析。

 

国内专利客观分析

 

4.1概况分析

 

4.1.1年度申请量分析

 

 

 

2018年的申请量数据不完整,主要以2017年及以前的申请量作为分析数据。

 

从申请量角度看,在1999年以前,燃料电池在汽车行业尚处于起步阶段,专利申请量较少,1999年以后,专利申请量开始上升。中国第一辆氢燃料电池汽车在1999年底展示,其燃料电池由北京富源公司提供,之后科技部加大了对燃料电池研究的投入,从此燃料电池的发展开始进入研究热潮,氢燃料电池专利申请量快速增长,从2008年到2013年期间的专利申请量看出,氢燃料电池的研究处于技术攻关阶段,2013年以后专利申请量又呈现快速增长的趋势,可以推断在此阶段氢燃料电池在汽车上的应用取得了一定的技术突破。

 

4.1.2 专利类型分析

 

 

 

在已公开的专利中,发明专利有1284件,占比64.3%,实用新型专利有695件,占比34.8%,外观设计专利有18件,占比0.9%。由于氢燃料电池研发难度较高,专利价值也较大,研发人员大部分是通过自主研发来进行深入研究。

 

4.2 申请人排行分析

 

4.2.1申请人排行分析

 

 

  

从以上数据可以看出,在申请人排行榜前10位中,企业申请人占8个,高校申请人占2个。氢燃料电池作为现今较为火热的研究方向,企业和高校是该技术研究创新的主力军,很多企业和高校都投入了较多的研发力量,其中包含了目前国内外知名的众多知名车企,如国外的丰田自动车株式会社、现代自动车株式会社、本田技研工业株式会社和国内的上海汽车集团股份有限公司等。此外,国内出现了一批致力于动氢设备研发和生产的高新技术企业,如广东合即得能源科技有限公司、上海合既得动氢机器有限公司和无锡同春新能源科技有限公司等高新技术企业。企业在氢燃料电池的技术研发中投入了很多的人力、物力和财力,积累了较多数量的专利技术,也进一步印证了现在企业在氢燃料电池技术方面掌握了一定的技术累积。

 

从上述数据可以看出,排名靠前的基本上都是合资企业,中国的本土企业排名大部分在后十名,充分说明,中国在氢燃料电池领域的技术研究尚处于落后阶段,核心技术大部分掌握在外资企业的手中,基于此现实,中国企业应重点研究竞争对手在氢燃料电池方面掌握的主要技术方向,挖掘空白技术点,在积累自身核心技术的同时,在空白区域也形成坚固的技术壁垒。而对于科研院所及高校,可以对其进行技术引进及人员聘请以加大自身的科研力度。

 

4.2.2申请人年度申请量分析

  

 

 

由申请人年度申请量分析中我们可以看出专利申请人的专利申请趋势,进而分析其研发趋势。上海合既得动氢机器有限公司和广东合即得能源科技有限公司是中国水化集团的核心创新企业,分别于2012年和2013年成立后致力于氢燃料电池研发,并在分别在2015年和2016年实现专利数量暴发。从历年来专利申请趋势来看著名车企自动车株式会社、现代自动车株式会社和本田技研工业株式会社的专利申请时间跨度较大,可见几家公司在氢燃料电池领域持续投入研发。上海汽车集团股份有限公司在氢燃料电池领域的研发起步较晚,在2010年之后,其专利数量也有了明显的积累,可见上汽在氢能源电动车的研发投入和力度。

 

4.3国省代码分析

 

4.3.1各省市专利申请量比例分析

 

 

  

上海、江苏、广东、北京等省市为该方向的研究大省,且总体来看,对氢燃料电池的研究主要集中在沿海经济发达省市。

 

4.3.2各国在中国专利申请量比例分析

 

 

 

 

日本、美国、韩国和德国等发达国家均存在在中国进行专利布局的情况,通过在中国申请专利,以寻求在中国市场的保护,体现了其他国家对我国市场的重视。

 

国外专利客观分析

 

5.1 概况分析

 

5.1.1年度申请量分析

 

 

 

通过国外专利的年度申请量情况我们可以分析国际上对氢燃料电池车的研发趋势。国内外关于氢燃料电池车的研究起步相同,均在1999年后专利年申请量不断提升。国外氢燃料电池车专利年申请量在2005年和2006达到峰值,之后研究热度有所下降,但依然保持较高的年申请量。充分说明全球各个国家倾注了较多的力量研究燃料电池,掌握了较多的核心技术,未来氢燃料电池汽车必将取代现有的燃油汽车。

 

5.1.2公开国家排名

 

 

 

 

5.2 申请人分析

 

5.2.1 申请人排行分析

 

 

 

 

通过申请人排行榜分析,可以明确哪些国家的企业、科研院所或个人在燃料电池领域的研究更加深入。可以看出,韩国现代、日本本田、日本丰田、日本日产等车企在氢燃料电池领域的研究较深入,投入了较多的力量进行专利布局,日本企业使用了较为完善的专利保护策略来维持其在氢燃料电池汽车领域的领先优势。

 

5.2.2申请国家申请量

 

 

 

申请国家申请量分析可知,日本专利申请量为1248件,高居榜首,同时韩国、美国、德国的专利申请量分别为680547387件,体现了这些国家在氢燃料电池车领域的研究力度和研发实力。

 

5.2.3 申请人公开国家

 

 

 

通过申请人公开国家(不包含中国)分析可以看出,专利申请量较多的韩国现代、日本本田、丰田株式会社均在国外进行了专利布局,从侧面体现出氢燃料电池在汽车行业竞争的激烈程度。

 

5.2.4 申请人申请趋势

 

 

 

由申请人年度申请量分析中我们可以看出专利申请人的专利申请趋势,进而分析其研发趋势。我们可以看出,2000年后韩国现代在氢燃料电池领域的专利申请数量始终较高,可见韩国现代将氢燃料电池研发作为品牌核心竞争力。日本本田和日本丰田每年也在氢燃料电池领域申请一定数量的相关专利,其中日本本田的专利年申请量在2005年达到峰值,实现了专利暴发。日本日产在2000年后也在氢燃料电池领域投入了研究,但在2008年后却鲜有相关专利申请,其原因可能是研发战略发生了转移。

 

总结

 

6.1市场启示

 

在氢燃料电池产业中,日本、美国、韩国是氢燃料电池专利的主要产出国,专利的产出情况说明了对应国家技术创新的重视程度。日本、美国的重点企业在氢燃料电池领域中占有重要地位,基本掌握了该领域的核心技术。日本注重核心技术的研发,并善于通过核心专利和布置外围专利在众多领域中层层壁垒。近年来,中国的氢燃料电池也迅速发展,申请量虽逐年增加,但也受到了国外车企的专利技术冲击,因此中国的氢燃料电池研发企业在发展国内市场的同时,面临着巨大的压力和知识产权的风险。

 

6.2专利布局启示

 

通过分析可知,近几年来氢燃料电池技术领域的相关申请发展迅速,申请量逐年增加,申请人在该领域的布局也逐渐加强,在氢燃料电池行业发展迅猛的多为日本、美国、韩国的汽车厂商,这些厂商的专利不仅数量多而且技术含量也很高,氢燃料电池的核心技术大部分已被他们所掌握,这对我国专利申请造成巨大的压力。而且各个国家的申请重点都在氢燃料电池及其制造领域、储存氢领域,我国的专利涉及的核心领域并不多,导致在专利技术方面没有主导权。因此,面对重重困难和压力,我国要提升氢燃料电池领域竞争力,缩短和日本、美国的差距,作为政府不仅要加大力度支持,更要对专利促进政策进行阶段性定位,从偏重数量激励转变为以“质”为核心,构建良性运转的创新制度体系,作为企业应充分利用高校和科研单位的技术优势加强对核心专利的深入研究,并围绕核心专利不断进行应用性的开发研究,申请众多的外围专利,再利用外围专利进一步覆盖技术领域,构筑外围专利网,形成攻防体系,在激励竞争中赢得主动权。

 

6.3技术创新启示

 

建议国内氢燃料电池领域的重点企业及高校,形成一个集中的氢燃料电池技术联盟,对燃料电池技术进行统一、集中调研。首先,在调研过程中了解和学习氢燃料电池目前的专利技术,去其糟粕取其精华,对其进行深加工,形成自主规避方案和自主知识产权;其次,在氢燃料电池技术空白区域进行统一扫荡,形成外围防御型专利,克制竞争对手的外围技术延伸;再次,集中国内企业和高校相关领域的高科技人才,针对氢燃料电池发展的重点领域及所面临的技术难题进行高强度的封闭式研发,打破被动局面,抢先占据氢燃料电池某些发展方向上的专利制高点。

 

素材来源:国海智峰知识产权 NE时代

注:本文信息仅供分享交流