燃料電池技術(shù)專(zhuān)利發(fā)展態(tài)勢(shì)

◎丁彥辭

燃料電池技術(shù)專(zhuān)利發(fā)展態(tài)勢(shì)

◎丁彥辭

燃料電池一直以來(lái)在各國(guó)能源戰(zhàn)略中占有重要地位，近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)的快速發(fā)展和普及，氫能燃料電池技術(shù)成為汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。我國(guó)在燃料電池技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面取得巨大成就，專(zhuān)利創(chuàng)新能力和水平快速提升，在全球技術(shù)創(chuàng)新中扮演越來(lái)越重要的角色。

燃料電池（fuel cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、安全環(huán)保、噪聲低、燃料多樣性等特點(diǎn)，世界各國(guó)高度關(guān)注燃料電池技術(shù)發(fā)展，紛紛出臺(tái)政策大力扶持燃料電池技術(shù)研發(fā)。

早在上世紀(jì)60年代，燃料電池技術(shù)就成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域，這種輕質(zhì)高效動(dòng)力源成為美國(guó)航天技術(shù)首選。我國(guó)一直以來(lái)高度重視燃料電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用研究，自“七五”以來(lái)，我國(guó)不斷增加燃料電池技術(shù)的研發(fā)投入，在關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方面取得一系列突破。隨著國(guó)家新能源汽車(chē)戰(zhàn)略的實(shí)施和推進(jìn)，以氫氣為能源、真正實(shí)現(xiàn)零排放的燃料電池汽車(chē)，被認(rèn)為是解決當(dāng)今交通能源和環(huán)境問(wèn)題的最佳方案之一。

燃料電池技術(shù)專(zhuān)利總體情況

燃料電池專(zhuān)利總體成下降趨勢(shì)，專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)入成熟期。燃料電池按照電解質(zhì)種類(lèi)可分為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池等類(lèi)型，其中質(zhì)子交換膜燃料電池已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)上。

通過(guò)德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)檢索統(tǒng)計(jì)，截至2016年國(guó)際燃料電池技術(shù)專(zhuān)利累計(jì)申請(qǐng)達(dá)115986件。2006年以來(lái)，全球燃料電池專(zhuān)利申請(qǐng)量和申請(qǐng)人數(shù)量都呈現(xiàn)下降的態(tài)勢(shì)，燃料電池技術(shù)已進(jìn)入成熟期。

研發(fā)熱點(diǎn)向SOFC和AFC技術(shù)領(lǐng)域遷移。選取2009年劃分燃料電池細(xì)分技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量，將所有細(xì)分技術(shù)分成2009年前（含）和2009年以后兩個(gè)時(shí)間段，2009年前（含）專(zhuān)利數(shù)量（藍(lán)色）占專(zhuān)利總量的50.36%，在圖中橫坐標(biāo)的50.36%的位置畫(huà)一條基準(zhǔn)線(xiàn)，超過(guò)基準(zhǔn)線(xiàn)代表技術(shù)熱點(diǎn)的遷移。圖中可以看出，技術(shù)熱點(diǎn)向SOFC和AFC遷移，AFC作為一種較為早期燃料電池技術(shù)，也重新受到重視。

汽車(chē)企業(yè)成為燃料電池技術(shù)創(chuàng)新主體。根據(jù)Innography專(zhuān)利分析平臺(tái)提供的分析模型，綜合考慮企業(yè)專(zhuān)利數(shù)量、專(zhuān)利涉及分類(lèi)數(shù)量、專(zhuān)利涉及地區(qū)數(shù)量、被引次數(shù)、營(yíng)業(yè)收入、專(zhuān)利侵權(quán)情況等方面，從燃料電池專(zhuān)利技術(shù)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和專(zhuān)利權(quán)利穩(wěn)定性對(duì)企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示近10年，日本豐田汽車(chē)（Toyota）競(jìng)爭(zhēng)力遠(yuǎn)超其他機(jī)構(gòu)。此外，日本本田汽車(chē)（Honda）、松下電器（Panasonic）、日產(chǎn)汽車(chē)（Nissan）、德國(guó)戴姆勒股份公司（Daimler AG）、日本東芝（Toshiba）、美國(guó)通用汽車(chē)（GM）、韓國(guó)現(xiàn)代（Hyundai）、三星SDI（Samsung SDI）等企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力居前。

德國(guó)戴姆勒股份公司和美國(guó)通用汽車(chē)公司實(shí)力很強(qiáng)，有較大后發(fā)潛力，我國(guó)中國(guó)科學(xué)院是唯一排在競(jìng)爭(zhēng)力前20的科研機(jī)構(gòu)。

圖2 企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力矩陣圖（2007～2016年綜合評(píng)價(jià)）

質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)專(zhuān)利進(jìn)展

國(guó)際質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。通過(guò)對(duì)2006年以來(lái)國(guó)際PEMFC專(zhuān)利年度申請(qǐng)量和公開(kāi)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)際PEMFC專(zhuān)利申請(qǐng)量逐年下降。2006年以后國(guó)際PEMFC技術(shù)研發(fā)總體處于下降態(tài)勢(shì)。

圖3 PEMFC國(guó)際專(zhuān)利年度趨勢(shì)

2007年以后，國(guó)際PEMFC專(zhuān)利申請(qǐng)人數(shù)量和專(zhuān)利數(shù)量都基本處于減少的狀態(tài)，國(guó)際PEMFC技術(shù)已相對(duì)成熟。結(jié)合國(guó)際PEMFC專(zhuān)利年度趨勢(shì)可以斷定，PEMFC技術(shù)進(jìn)入成熟期或者可以說(shuō)是技術(shù)瓶頸期，急需突破性技術(shù)出現(xiàn)。

圖4 PEMFC技術(shù)生命周期

質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)各國(guó)家和地區(qū)創(chuàng)新情況分析。2006年以來(lái)，日本專(zhuān)利申請(qǐng)總量穩(wěn)居全球，但日本年度專(zhuān)利申請(qǐng)量近年來(lái)進(jìn)行下降通道。美國(guó)、韓國(guó)分別位居第三、第四位，年度專(zhuān)利申請(qǐng)量也基本處于下降態(tài)勢(shì)。相比之下，近10年中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)總量持續(xù)增長(zhǎng)，2015年專(zhuān)利申請(qǐng)量已超過(guò)美國(guó)，躍居全球第二位。

2015年，中國(guó)政府發(fā)布了《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖，發(fā)展新能源汽車(chē)已上升為國(guó)家戰(zhàn)略，車(chē)用燃料電池技術(shù)發(fā)展方向也逐漸明確，各大汽車(chē)廠商繼續(xù)進(jìn)行新一代燃料電池技術(shù)的研發(fā)，目標(biāo)是降低制造成本和提高可靠性與耐久性。中國(guó)政府的高度重視，使得我國(guó)燃料電池技術(shù)取得巨大成就，在國(guó)際專(zhuān)利發(fā)展總體處于下降的同時(shí)，我國(guó)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展一枝獨(dú)秀。

圖5 PEMFC優(yōu)先權(quán)國(guó)家分布及申請(qǐng)趨勢(shì)

我國(guó)質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)創(chuàng)新分析。得益于近幾年技術(shù)快速發(fā)展，我國(guó)近三年專(zhuān)利申請(qǐng)占2006年以來(lái)申請(qǐng)總量的26%，專(zhuān)利數(shù)量國(guó)際排名第二。但從單個(gè)創(chuàng)新主體來(lái)看，國(guó)內(nèi)專(zhuān)利擁有量最多的中科院大連化學(xué)物理研究所專(zhuān)利數(shù)量只有89件，與日本排名第一的豐田公司的1382件差別懸殊，說(shuō)明國(guó)內(nèi)還不具有相對(duì)核心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，技術(shù)集中度相對(duì)較低，因此很難在國(guó)際上贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)我國(guó)排名前三的機(jī)構(gòu)有兩家是科研機(jī)構(gòu)，這與日本、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家以企業(yè)為主導(dǎo)的核心研發(fā)實(shí)力有顯著差別。

（作者單位：中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)）