燃料電池技術專利發展態勢

◎丁彥辭

燃料電池技術專利發展態勢

◎丁彥辭

燃料電池一直以來在各國能源戰略中占有重要地位，近年來，隨著新能源汽車的快速發展和普及，氫能燃料電池技術成為汽車行業關注的重點。我國在燃料電池技術研發和應用方面取得巨大成就，專利創新能力和水平快速提升，在全球技術創新中扮演越來越重要的角色。

燃料電池（fuel cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，具有能量轉化效率高、安全環保、噪聲低、燃料多樣性等特點，世界各國高度關注燃料電池技術發展，紛紛出臺政策大力扶持燃料電池技術研發。

早在上世紀60年代，燃料電池技術就成功地應用于航天領域，這種輕質高效動力源成為美國航天技術首選。我國一直以來高度重視燃料電池技術的研發和應用研究，自“七五”以來，我國不斷增加燃料電池技術的研發投入，在關鍵材料、關鍵技術創新方面取得一系列突破。隨著國家新能源汽車戰略的實施和推進，以氫氣為能源、真正實現零排放的燃料電池汽車，被認為是解決當今交通能源和環境問題的最佳方案之一。

燃料電池技術專利總體情況

燃料電池專利總體成下降趨勢，專利技術進入成熟期。燃料電池按照電解質種類可分為質子交換膜燃料電池（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、堿性燃料電池等類型，其中質子交換膜燃料電池已被廣泛應用于汽車上。

通過德溫特專利數據庫檢索統計，截至2016年國際燃料電池技術專利累計申請達115986件。2006年以來，全球燃料電池專利申請量和申請人數量都呈現下降的態勢，燃料電池技術已進入成熟期。

研發熱點向SOFC和AFC技術領域遷移。選取2009年劃分燃料電池細分技術專利數量，將所有細分技術分成2009年前（含）和2009年以后兩個時間段，2009年前（含）專利數量（藍色）占專利總量的50.36%，在圖中橫坐標的50.36%的位置畫一條基準線，超過基準線代表技術熱點的遷移。圖中可以看出，技術熱點向SOFC和AFC遷移，AFC作為一種較為早期燃料電池技術，也重新受到重視。

汽車企業成為燃料電池技術創新主體。根據Innography專利分析平臺提供的分析模型，綜合考慮企業專利數量、專利涉及分類數量、專利涉及地區數量、被引次數、營業收入、專利侵權情況等方面，從燃料電池專利技術價值、經濟價值和專利權利穩定性對企業綜合競爭力進行評價，結果顯示近10年，日本豐田汽車（Toyota）競爭力遠超其他機構。此外，日本本田汽車（Honda）、松下電器（Panasonic）、日產汽車（Nissan）、德國戴姆勒股份公司（Daimler AG）、日本東芝（Toshiba）、美國通用汽車（GM）、韓國現代（Hyundai）、三星SDI（Samsung SDI）等企業競爭力居前。

德國戴姆勒股份公司和美國通用汽車公司實力很強，有較大后發潛力，我國中國科學院是唯一排在競爭力前20的科研機構。

圖2 企業綜合競爭力矩陣圖（2007～2016年綜合評價）

質子交換膜燃料電池技術專利進展

國際質子交換膜燃料電池技術發展狀況。通過對2006年以來國際PEMFC專利年度申請量和公開量進行分析發現，國際PEMFC專利申請量逐年下降。2006年以后國際PEMFC技術研發總體處于下降態勢。

圖3 PEMFC國際專利年度趨勢

2007年以后，國際PEMFC專利申請人數量和專利數量都基本處于減少的狀態，國際PEMFC技術已相對成熟。結合國際PEMFC專利年度趨勢可以斷定，PEMFC技術進入成熟期或者可以說是技術瓶頸期，急需突破性技術出現。

圖4 PEMFC技術生命周期

質子交換膜燃料電池技術各國家和地區創新情況分析。2006年以來，日本專利申請總量穩居全球，但日本年度專利申請量近年來進行下降通道。美國、韓國分別位居第三、第四位，年度專利申請量也基本處于下降態勢。相比之下，近10年中國專利申請總量持續增長，2015年專利申請量已超過美國，躍居全球第二位。

2015年，中國政府發布了《中國制造2025》重點領域技術路線圖，發展新能源汽車已上升為國家戰略，車用燃料電池技術發展方向也逐漸明確，各大汽車廠商繼續進行新一代燃料電池技術的研發，目標是降低制造成本和提高可靠性與耐久性。中國政府的高度重視，使得我國燃料電池技術取得巨大成就，在國際專利發展總體處于下降的同時，我國技術創新和發展一枝獨秀。

圖5 PEMFC優先權國家分布及申請趨勢

我國質子交換膜燃料電池技術創新分析。得益于近幾年技術快速發展，我國近三年專利申請占2006年以來申請總量的26%，專利數量國際排名第二。但從單個創新主體來看，國內專利擁有量最多的中科院大連化學物理研究所專利數量只有89件，與日本排名第一的豐田公司的1382件差別懸殊，說明國內還不具有相對核心的研發團隊，技術集中度相對較低，因此很難在國際上贏得競爭優勢。同時我國排名前三的機構有兩家是科研機構，這與日本、美國、韓國等國家以企業為主導的核心研發實力有顯著差別。

（作者單位：中國汽車工程學會）