基于专利视角下我国氢能产业现状研究

王翔 张雪影

（景德镇陶瓷大学，江西景德镇 333403）

1 引言

随着国家对环保的要求趋严，未来发展绿色能源已成为一种趋势。氢能是一种二次清洁能源，因其具有清洁、便捷性、能量转化率高、运行稳定的特点，在世界范围内得到广泛的研究和应用［1］。本文区别于传统的氢能产业数据文本分析，从专利文献的视角出发，以incoPat 专利数据分析平台为依托，对目前我国氢能产业的发展态势及现状进行研究与思考。

利用incoPat 专利检索分析数据平台，截至2021 年12 月共检索出国家知识产权局公开的我国氢能领域的相关专利181 700 件。经过数据的整理、清洗、去重和去噪之后，共计得到专利149 140 件。本文通过对目前我国氢能领域的深入研究与探索，以期为该领域的研究人员与相关部门提供氢能目前发展的形势以及未来可能的走向，分析目前我国在氢能领域的研究热点与聚焦方向，为其相关研究及决策提供参考依据。

2 我国氢能产业现状分析

2.1 我国氢能行业当前发展概况

氢能通常是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量，氢能的燃烧热值为142 351 kJ/kg，是汽油的3 倍、酒精的3.9 倍、焦炭的4.5 倍。燃烧后的产物是H2O，其质量最轻、导热性最好、可回收利用、燃烧值高、无毒、高效并且可再生。从我国氢能产出度来看，利用可再生能源发电制氢是氢能制备的重要途径，其制氢成本为1.1～2.2 元/m3［2］。

从氢能应用来看，汽车是氢燃料电池发展和使用的最大领域，氢能用于燃料电池能够降低交通运输对化石能源的依赖［3］，在推动技术发展的同时，能够凭借其规模较大的特征解决商业化的问题。目前国内的汽车主要还是以燃油车为主，而新能源汽车中仍然以磷酸铁锂和三元高镍为代表的锂电池为主［4］。但锂电池存在价格高、续航短以及会造成污染等诸多弊病，加之近几年华为以及中石化等大型企业都在布局氢能相关的专利，走上制氢之路，使得未来中国氢燃料电池应用于市场的机会大大增加。

从氢能制备流程来看，制氢方面，我国具有丰富的氢能［5］，在制氢总产量规模、产量、氢气提纯、液态储氢方面处于世界领先地位。国内目前中石化在制氢方面取得重大突破，制氢费用控制在2.1 元。但在储氢环节，车载储氢罐技术主要掌握在日本和美国企业手中，车载储氢罐和碳纤维技术是瓶颈；在加氢站环节，氢气压缩机和加氢机技术与国外差距较大；在燃料电池环节，双极板表面处理、膜电极喷涂设备等是弱项。因此，我国氢燃料电池的技术发展与发达国家相比差距较大，需要进一步加大对基础设施的投入力度。

2.2 我国氢能专利申请趋势分析

我国氢能专利申请趋势见图1。

图1 我国氢能专利申请趋势

从图1 可以看出，我国氢能专利申请量总体呈增长态势。

按照专利类型来划分，我国氢能发明专利为119 352 件，占80.03%；实用新型专利为29 222 件，占19.59%；外观设计专利仅有566 件，占0.38%。

从申请趋势来看，1971—1984 年我国氢能专利处于探索期，该期间每年专利申请量不超过10 件，其趋势线略有起伏。

1985—1999 年处于缓慢发展期，该期间专利申请量整体呈缓慢上升趋势，每年专利申请量不超过500 件，表明这一时期对氢能的研究出现短暂性的突破，但是仍在对其进行探索。

2000—2019 年处于快速增长期，该期间我国专利申请量快速增长。2019 年达到最高值，为18 987件，这是因为到20 世纪90 年代，国家科技部和中国科学院将燃料电池列入“九五”科技攻关计划；2000年，由大连化学物理研究所与中科院电工研究所完成30 kW 车用燃料电池全部试验工作。在此过程中，为了不断推进燃料电池的研发和应用，各类相关配套政策也相继出台。

2020 年至今，我国氢能专利申请趋势又呈现下滑趋势，2021 年专利申请量较少，是因为我国专利申请时发明专利申请有18 个月的公开期，实用新型专利也需要一定的审理公告时间，该部分数据还未录入系统。

2.3 我国氢能专利申请人主要省（区、市）布局

我国氢能专利申请人主要省（区、市）排名见表1。

表1 我国氢能专利申请人主要省（区、市）排名

从专利数量来看，氢能国内申请量位居前10 位的省市分别为江苏、广东、北京、上海、浙江、湖北、辽宁、山东、安徽、四川。其中，江苏和广东的申请量超过1 万件，北京、上海、浙江申请量维持在5 000 件以上。申请量排名后5 位的省（区、市）的专利申请量都不足100 件。从总体上看，各省（区、市）在申请总数上差距比较明显。

从活跃度来看，西藏和海南的活跃度较高，活跃度分别为100%，90.24%，说明西藏和海南近5 年才开始研究氢能，研究起步较晚。黑龙江的活跃度为47.04%，表明黑龙江近5 年对氢能的研究关注有所降低，或者是研究达到了瓶颈期，技术难以有重大突破，导致近5 年专利申请量较少，活跃度较低。

2.4 我国氢能法律状态分析

图2 显示了我国氢能发明专利的法律状态分布。

图2 我国氢能发明专利法律状态分布

由图2 可见，当前一级法律状态中，有效授权、审中及失效专利分别为35 601，37 879，35 693 件，占比分别为32.65%，34.61%，32.74%。无效专利占我国氢能发明专利的三分之一，占比较大，这意味着每3 件氢能发明专利中就有1 件会被无效。在35 693件无效专利申请中，失效因素主要由权利终止、发明专利申请公布后被驳回、发明专利申请公布后撤回这些因素造成。其中氢能发明专利因有效期届满而失效有214 件，这部分专利无效是由于其专利寿命期满而无效，属于在氢能领域中的优质专利。由于专利每年需要缴纳年费，且年费随着专利维持年限的增长会不断加大，从专利持有者对专利本身所保护的技术重要度来讲，维持时间越长表明该项技术对于专利持有者的重要度越高，其专利价值也相对越大。这也侧面反映了这214 件期满失效的专利的技术价值度较好。视为撤回专利申请有15 691 件，其可能是申请人未及时答复审查意见通知书、主动放弃等导致专利视为撤回。说明氢能部分相关专利在国内申请时的专利申请文本撰写质量较低，有些很好的专利技术并没有通过高质量的专利文本体现出来，这时候申请人对于优质专利代理机构的选择尤为关键。因此在该领域应该加强专利申请过程中的质量把控，尽量避免低质量专利申请的情况。另外，在失效专利中被驳回的专利有7 206 件，其原因主要在于技术内容或发明点存在新颖性、创造性及实用性影响专利授权的实质性缺陷，导致无法满足授权要求。

图3 为我国氢能实用新型专利法律状态分布。在27 295 件实用新型专利中，有效授权专利有18 977 件，占实用新型专利总数的69.53 %，失效专利申请为8 318 件，占比30.47%。失效专利中，因未缴年费、有效期届满、放弃专利权而失效的专利分别有6 891 件、669 件及753 件，撤回的专利仅有3 件，全部无效的专利仅有2 件。从图3 可以看出，在失效的实用新型专利中，未缴纳年费而失效的专利申请较多，说明氢能实用新型的专利申请和专利管理存在着一定问题，需要采取一定的措施，加强专利申请过程中的专利文件申请质量审核以及专利授权后的维护。

图3 我国氢能实用新型专利法律状态分布

2.5 我国氢能IPC 分析

国际专利分类号（IPC）是国际上通用的专利技术分类规则，将我国氢能专利技术领域按照IPC 国际专利主分类号大组排序，得到专利技术领域排名前10 位的分析结果，见图4。从图4 排名前10 位的IPC 大组在2005—2021 年的申请趋势可以发现，我国氢能技术方向较为广泛，涉及多个技术方面。从专利申请趋势来看，近5 年主要对B60L58（专门适用于电动车辆的监控或控制电池或燃料电池的方法或电路）技术方向关注度最高，对氢燃料电池的技术研究方法给予了较大的关注。值得注意的是，2005—2021 年在氢能领域对H01M8（燃料电池及其制造）和H01M4（电极）一直有着持续较高的研究热度，由此可见，随着技术的革新换代，我国对氢能的研究主要针对燃料电池技术进行研发和投入，其重视程度越来越高。

图4 我国氢能IPC 排名前10 位分布

表2 为我国氢能排名前10 位的IPC 大组含义及其对应的专利数量，我国氢能的专利技术布局主要集中在燃料电池及其制造等技术领域。我国氢能在H01M8（燃料电池及其制造）领域相较于其他领域储备了大量专利，专利数量高达24 959 件。另外，H01M4（电极）、H01M10（二次电池及其制造）、B60L58（专门适用于电动车辆的监控或控制电池或燃料电池的方法或电路）和H01M2（非活性部件的结构零件或制造方法）的专利申请量均超过3 000 件。由此可以看出，我国氢能的主要产品和技术研发热点集中在燃料电池、二次电池、电极领域。

表2 我国氢能专利排名前10 位IPC件

2.6 我国创新主体分析

创新主体是具有创新动力和能力，创新投入、活动和收益的承担者。创新狭义理解指技术创新时，一般认为企业是创新主体，广义理解可以指有上升能力的机构。创新主体具有如下特点：具有对创新活动自主的决策权；具有进行创新活动所要求的能力；承担创新活动的责任与风险；获取创新活动的收益。图5 为氢能在我国的主要创新主体排名，这些创新主体的专利申请量均在400 件以上。从创新主体的专利申请量来看，专利申请量超过2 000 件的创新主体分别为丰田、通用、福特、本田和三星，它们在氢能领域方面的研究主要围绕汽车的氢燃料电池技术方面，特别是丰田、福特和本田这三大汽车制造集团。近几年来，丰田、福特和本田先后在我国进行氢燃料电池方面的专利布局，以此来占据我国的汽车市场，其在我国的汽车产品也渐渐由燃油汽车转向新能源汽车的销售与推广，这也展现出了这些公司的发展战略是以专利先行、技术先行，再进行市场占有。从专利申请人类型来看，我国的创新主体以科研院所为主，而国外的创新主体则以企业为主，说明我国的企业创新能力有待提高，应该加强高校、科研院所和企业合作，推动氢能产业化发展。

图5 我国氢能主要创新主体

3 结论与建议

（1）从申请趋势来看，我国氢能的专利申请数量整体呈上升趋势，2000—2019 年处于快速增长期；在专利类型方面，发明专利占比最大，说明我国氢能企业非常注重提高专利的技术含量；从我国氢能申请人主要省（区、市）布局来看，江苏和广东在氢能专利领域的研发实力较为雄厚，专利申请数量较多。宁夏、海南、青海等地虽总体申请量较少，但西藏和海南近5 年较为活跃，作为后起之秀，未来可重点关注。

（2）从法律状态来看，我国氢能专利审核无效的很多，无效专利和有效专利持平，说明应该加强专利的保护和高价值专利的申请；创新主体方面，国内的创新主体以高校和科研院所为主，企业很少，应加强高校和企业合作，加大专利的转移转化。

（3）从IPC 分析来看，氢燃料电池是氢能发展的主要方向，应该拓宽氢能的应用领域；氢能专利集中在一个领域，创新主体较为单一，政府可以出台政策引导激励和行业龙头企业引领相结合，助力专利均衡快速发展，推进重点企业核心专利建设，并加快技术产业化转移。