燃料电池技术专利发展态势

◎丁彦辞

燃料电池技术专利发展态势

◎丁彦辞

燃料电池一直以来在各国能源战略中占有重要地位，近年来，随着新能源汽车的快速发展和普及，氢能燃料电池技术成为汽车行业关注的重点。我国在燃料电池技术研发和应用方面取得巨大成就，专利创新能力和水平快速提升，在全球技术创新中扮演越来越重要的角色。

燃料电池（fuel cell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、安全环保、噪声低、燃料多样性等特点，世界各国高度关注燃料电池技术发展，纷纷出台政策大力扶持燃料电池技术研发。

早在上世纪60年代，燃料电池技术就成功地应用于航天领域，这种轻质高效动力源成为美国航天技术首选。我国一直以来高度重视燃料电池技术的研发和应用研究，自“七五”以来，我国不断增加燃料电池技术的研发投入，在关键材料、关键技术创新方面取得一系列突破。随着国家新能源汽车战略的实施和推进，以氢气为能源、真正实现零排放的燃料电池汽车，被认为是解决当今交通能源和环境问题的最佳方案之一。

燃料电池技术专利总体情况

燃料电池专利总体成下降趋势，专利技术进入成熟期。燃料电池按照电解质种类可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池等类型，其中质子交换膜燃料电池已被广泛应用于汽车上。

通过德温特专利数据库检索统计，截至2016年国际燃料电池技术专利累计申请达115986件。2006年以来，全球燃料电池专利申请量和申请人数量都呈现下降的态势，燃料电池技术已进入成熟期。

研发热点向SOFC和AFC技术领域迁移。选取2009年划分燃料电池细分技术专利数量，将所有细分技术分成2009年前（含）和2009年以后两个时间段，2009年前（含）专利数量（蓝色）占专利总量的50.36%，在图中横坐标的50.36%的位置画一条基准线，超过基准线代表技术热点的迁移。图中可以看出，技术热点向SOFC和AFC迁移，AFC作为一种较为早期燃料电池技术，也重新受到重视。

汽车企业成为燃料电池技术创新主体。根据Innography专利分析平台提供的分析模型，综合考虑企业专利数量、专利涉及分类数量、专利涉及地区数量、被引次数、营业收入、专利侵权情况等方面，从燃料电池专利技术价值、经济价值和专利权利稳定性对企业综合竞争力进行评价，结果显示近10年，日本丰田汽车（Toyota）竞争力远超其他机构。此外，日本本田汽车（Honda）、松下电器（Panasonic）、日产汽车（Nissan）、德国戴姆勒股份公司（Daimler AG）、日本东芝（Toshiba）、美国通用汽车（GM）、韩国现代（Hyundai）、三星SDI（Samsung SDI）等企业竞争力居前。

德国戴姆勒股份公司和美国通用汽车公司实力很强，有较大后发潜力，我国中国科学院是唯一排在竞争力前20的科研机构。

图2 企业综合竞争力矩阵图（2007～2016年综合评价）

质子交换膜燃料电池技术专利进展

国际质子交换膜燃料电池技术发展状况。通过对2006年以来国际PEMFC专利年度申请量和公开量进行分析发现，国际PEMFC专利申请量逐年下降。2006年以后国际PEMFC技术研发总体处于下降态势。

图3 PEMFC国际专利年度趋势

2007年以后，国际PEMFC专利申请人数量和专利数量都基本处于减少的状态，国际PEMFC技术已相对成熟。结合国际PEMFC专利年度趋势可以断定，PEMFC技术进入成熟期或者可以说是技术瓶颈期，急需突破性技术出现。

图4 PEMFC技术生命周期

质子交换膜燃料电池技术各国家和地区创新情况分析。2006年以来，日本专利申请总量稳居全球，但日本年度专利申请量近年来进行下降通道。美国、韩国分别位居第三、第四位，年度专利申请量也基本处于下降态势。相比之下，近10年中国专利申请总量持续增长，2015年专利申请量已超过美国，跃居全球第二位。

2015年，中国政府发布了《中国制造2025》重点领域技术路线图，发展新能源汽车已上升为国家战略，车用燃料电池技术发展方向也逐渐明确，各大汽车厂商继续进行新一代燃料电池技术的研发，目标是降低制造成本和提高可靠性与耐久性。中国政府的高度重视，使得我国燃料电池技术取得巨大成就，在国际专利发展总体处于下降的同时，我国技术创新和发展一枝独秀。

图5 PEMFC优先权国家分布及申请趋势

我国质子交换膜燃料电池技术创新分析。得益于近几年技术快速发展，我国近三年专利申请占2006年以来申请总量的26%，专利数量国际排名第二。但从单个创新主体来看，国内专利拥有量最多的中科院大连化学物理研究所专利数量只有89件，与日本排名第一的丰田公司的1382件差别悬殊，说明国内还不具有相对核心的研发团队，技术集中度相对较低，因此很难在国际上赢得竞争优势。同时我国排名前三的机构有两家是科研机构，这与日本、美国、韩国等国家以企业为主导的核心研发实力有显著差别。

（作者单位：中国汽车工程学会）