燃料电池工业的专利趋势分析

燃料电池是将氢气和氧气作为燃料,利用电气化学的缩减/氧化或“氧化还原”反映使两者结(jié)合。反映后有三种副产物:电流——为金贵的太空船供给能量;水——当氢气和氧气联合后,产生的水可供宇航员饮用,也可用于冷却设备;热量——使宇航员免受太空严寒的侵袭。这项改革技巧知足了最急需的能源、生计和热量。

氢和氧是地球上最丰盛的两种元素。从空气(氧气在空气中占21%)中很轻易获得氧气,植物开释出氧气,人类吸入氧气,接下来它不竭地轮回。氢是水的基础构成元素。地球概况有70%笼罩着海水,用少许电流就可(kě)以从海水平分解出氢。尽管蕴涵着如许丰盛的资本,燃料电池装配的潜力并没有被器重。原因是制作它们的原料(例如,铂金,化学碱,极纯的氢和氧)长短常昂贵的,限制了它的大范畴贸易化。然而,科学家和工程技巧职员也没有完整废弃对燃料电池进行研讨的尽力。假如地球上的石油(petro)或煤资本耗尽,或变得罕见而不经济,燃料电池是个可选用的能量起源。

比来几十年里,情况题目、经济近况和科学提高已经把燃料电池推到了能源议程的前沿。假如所有的汽车都用燃料电池产活泼力,或者每所屋子都有本身的燃料电池体系,昂贵而又损坏情况的煤或核燃料还会有地位吗?从情况角度来说,成长燃料电池技巧的来由是充足的,贸易潜力也是宏大的。挑衅来自于创(chuàng)造出低本钱的燃料电池技巧,使所有的汽车、屋子、随身听、笔记本电脑、手机、和MP3播放器都应用燃料电池。也许汽油价(Oil prices)格较低时,人们会下降对氢动力的留意力,但事实表白,人们对氢动力的爱好在不竭增添。

一、全球专利趋向

剖析燃料电池研讨技巧成长的一个最有用的方式就是考核同期专利申请的趋向。专利是主要的金融投资和公司将某项发明投向市场的旌旗灯号,它能表白相干技巧从基础研讨向产物利用的转移。

用要害词和国际专利分类对1999—2003年这5年来国外的燃料电池专利进行检索。结(jiē)果检索到大约1万余篇文献。将这些文件按时光归类,并绘制出这5年来的专利文献数目变更图表,显示这段时代内颁布的国外燃料电池专利的数目浮现了爆炸性的增添(见图1)。这段时光里,发明专利数目增添了4倍以上,基础专利申请增添跨越了360%,1999年的申请不到1000件,2003年增添至大约4000件。1999年,氢燃料电池的投入不像今天如许宏大。这表白,公司之间在常识产权范畴中进行着剧烈的竞争,这些公司盼望在其所申请的专利某一天可以或许转化为“钱树子”。

从国外燃料电池专利申请数目的增添上来看,介入(yù)研讨的机构已经过纯真的能量电池研讨公司转移到汽车制作厂商和花费电子公司。从技巧的角度上,该范畴中还存在一些潜伏的题目,例如,存储易燃氢。这些题目在燃料电池获得专利和大量上市之前必需解决。

很显明,研讨职员今朝正在对燃料电池技巧进行大量的研讨。图2显示1999年该范畴中积极地申请专利的国外主要公司。从中可以显明看出,日本(Japan)公司是主要的专利权所有人,松下和三菱这两个日本财产巨子是此中的(dì)引导者。图2还明白地显示了在1999年专利技巧是由一般的对燃料电池感爱好的公司所申请。

从专利文献中可发明,东芝在申请新技巧专利方面很活泼,尤其在甲醇燃料电池(DMFC)范畴。东芝已经研制出一种用在移动耳机和音频播放器上的微型电池。同大约工作(zuò)5小时的传统锂离子电池比拟,应用DMFC专利技巧的微型(博燃网已经走过了10年的风雨历程，在这10年里博燃网与行业用户一同成长。应会员要求我们新开通了技术文库(http://news.gasshow.com/TechnicalLB.html)，我们将竭诚把最全、最新的技术资料呈现在您面前。)燃料电池工业的专利趋势分析电池可连续工作10小时。

显示2003年该范畴积极申请专利的国外的主要公司。从中可以发明,在专利申请人的类型上有一个有趣的变更。不仅前10名中有对折为汽车制作商,并且排在第11位的通用汽车公司也是出产汽车的企业。

如上所述,燃料电池技巧已经越来越多地引起了世界范畴内的存眷。经济和技巧高速成长的中国(China)同样面对着严重的能源危机。同时,中国拥有如斯宏大的市场,没有哪一个公司在重点成长某项技巧的时辰,会忘却中国的市场。选择(zé)1999—2003年这个时光段,来看一下中国燃料电池的专利状态。

对今朝颁布的1999—2003年的中国的燃料电池专利进行检索,获得1000多篇文献。

斟酌到专利公然滞后的身分,中国的燃料电池的专利与国际上同期专利的趋向类似(sì),在近年也浮现了大幅度攀升的趋向,申请量从1999年的90件,增添到2003年的300多件。

1999年燃料电池在中国的专利申请,绝大大都把握在外国公司手中。并且,这些公司分辨属于多个国度,并没有哪一个国度是绝对的引导者。这些分辨属于分歧财产的公司,在中国这个潜力宏大的市场上关于燃料电池的技巧进行了剧烈的竞争。然而,这种状态到了2003年,就有了显明的改观。

可以看到,2003年燃料电池的前10名专利申请人中(zhōng)有六名是中国的,并且其申请量较大,这阐明有关专利技巧很大水平(dù)上把握在中国的公司和研讨机构的手中。由此可以看到中国在近年对相干技巧进行了大量的投入,在5年间取得了骄人的成就。

从图6还可以看到,2003年申请中国专利的国外公司的格式也有很大变更。假如说1999年,该范畴的专利申请疏散把握在诸如美国(United States)、德国(Germany)、日本、瑞士(Switzerland)等多个国度的话,那么到了2003年,外国公司在中国的申请大大都都集中到了日本公司的手中,同时韩国的公司也开端介入了中国市场的竞争。

二、专利利用的热门范畴

很显明,1999—2003年燃料电池技巧范畴产生了某些变更。为了找到谜底,应当更深刻地研讨燃料电池在哪些技巧范畴中获得了利用。

1.燃料电池的利用范畴

自NASA初次应用碱性燃料电池开端,人们已经开辟了多种新型的燃料电池,这些燃料电池各有其优毛病。NASA碱性电池很是昂贵,并且须要很是纯的燃料。这种(zhǒng)类型的电池只实用于太空市场,由于航天局的职员偏向于用纯氢和纯氧燃料为火箭发念头供给动力,这种电池不克不及等闲向花费市场供给,由于燃料污染是个大题目。

人们须要的燃料电池是那种制作起来相对廉价并且对燃料请求是“开放的”,即采取非纯氢或纯氧的燃料,同时,电池尽可能坚持较高能量的输出。假如要开辟实用的、受接待的产物,那么电池重量、电池启动时光和供电时对变更的反映等题目都很是主要。

在曩昔的20年中,人们开辟了很多合适这些前提的电池,固然它们并不克不及同时具有上述特征,但此刻有一些可供应用的专用燃料电池。例如,为伦敦的公共汽车开辟的燃料电池和高机能汽车的燃料电池。为病院、家庭和随身听供给能量的电池,它们都有各自分歧实用的容量。

汽车行业的专利申请量远远超越其他行业,而移动德律风和手提电脑方面的专利申请量从2001年开端浮现了必定的增添。有关空间技巧的专利申请量只占总量的一小部门,其原因很有可能是设定了保密条例,防止由于专利授予而使有关技巧在公共范畴泄露。

今朝,有两个范畴对供电寿命有急切需求。人们期望手提盘算机中的新式可充电式锂电池在电量耗尽之前,可以或许连续应用4个小时摆布。假如可以或许用燃料电池为手提盘算机供电,那么,在连续应用一个月后当它没电的时辰,选择什(shén)么来替换它呢?别的,从专利文献中可以留意到,移动德律风和手提电脑方面的专利申请是相干联的,由于专利权人在他们的专利中具体列举了相干的利用。这些利用与移动PDA和相干范畴的研发投入的增添是分不开的。

日本在移脱手机或便携式盘算机专利方面的研讨运动频仍,该地域的主要移动运营商DoCoMo公司一向致力于推进能为当地新开辟的高端手机高效供电的电池。跟着3.5G和混(hùn)合Wi-Fi收集的鼓起,新的带宽的利用,对功耗装配提出了新的请求。

在移动竞技舞台上燃料电池的新利用就是为蓝牙耳机供电。诺基亚一向试图从12ml的甲醇瓶中找到能坚持通话60小时、待机200小时的电源的解决计划。前文图中的公司,例如,日立公司、索尼公司、东芝公司和松下电器财产有限公司,都很器重便携式花费电器的燃料电池的成长潜力。

燃料电池的中国专利中,利用于汽车的专利申请盘踞了燃料电池范畴专利申请的主要部门;别的有大量的专利文献指明,其所表露的燃料电池技巧或燃料电池零部件的出产实用于各类对能源有需求的财产,这一类专利申请的数目其次;微型燃料电池可以作为移动电源用于花费电器,如移动德律风、便携式摄像机等,这类的专利申请量也比拟大。此外,从专利文献来看,燃料电池作为固定组合电源用于民用发电等范畴的专利申请量也在慢慢上升。

2.便携花费电器的平安

燃料电池存在有爆炸的潜伏危险。这个严重的平安题目,或至少出于平安性的斟酌,影响了燃料电池在手提电脑和移动德律风上的应用。借使倘使在手提电脑中应用体积(V)虽小却有爆炸性的内置氢罐,不难想像大众,和相干媒体强烈的反映。要包管在飞机上手提电脑和移动德律风的平安,平安性的题目更为凸起。如何储存氢气,能使其处于惰性、不易燃状态,又便于利用到燃料电池中呢?人们如何才干在固定例格的罐中填充足量的氢气,并确保比一般充电电池供能时光更长呢?

固然花费者并不在意带着易燃液体驾驶,但对于打德律风和应用手提电脑,倒是别的一回事。很显明,平安性对任何利用都是题目,尤其当燃料的供给离手的地位较近。对平安机能的存眷已经成为燃料电池专利成长的趋向。大量资金不再投向燃料电池、电解、电极、容器和冷却体系,而是转向电池的存储装配和燃料供给上。如许的趋向从图9中可以看到。1999年这方面的专利申请不到100件,而2003年,这方面的申请跨越700件。

中国在该范畴的专利申请状态可以从图10中看到。作为燃料电池技巧中的一个要害技巧,在燃料的存储、供给方面的中国专利申请量增添敏捷。经过过程阅读相干文献,可以看出汽车、花费电器、供电等行业的申请人都在存眷该技巧的成长。

中国在燃料存储、供给方面的专利申请状态

3.纳米技巧

20世纪80年月后期,有人发明某种形态的碳将自身包装在一个不透气的原子管内,形成了一个自力狭长的、不成思议的纤维管。到今朝为止,人们并没有现实应用过这些纳米碳管/纳杆/纳碳等。科学家发明,纳米碳管(CNTs)可以储存惰性氢。这些管很渺小,这一特征意味着“能量密集”,即纳米碳管每平方厘米中可用氢的数目很是高。今朝,这一实例只在小型装配中利用过,还未能应用它解决现实题目,但汽车厂商在燃料电池这一特别范畴的专利申请运动很是活泼。汽车厂商制作燃料电池和汽车产物时依然须要氢罐、泵和燃料供给装配。

三、专利申请的地域性趋向

将每项发明第一次提出专利申请的国度(优先权国度)做成图,可以懂得专利的地域性趋向。一些专利权人习惯在他们本身的国度申请专利,但他们有时也会由于想获得更(gèng)好地维护或者由于这些国度是丰富利润回报的市场,而向其他国度的专利机构提出申请。2003年燃料电池申请量最多的申请人列表中惟一的美国汽车公司是通用汽车公司。

日本称霸于这一技巧范畴,但美国2003年的优先权申请量份额,比1999年有很大的增添,超越了欧洲(Europe)专利局和世界常识产权组织这两大国际专利机构,排名从第五位上升到第二位。

  不外德国和其他的欧洲国度失去了专利申请的很大份额。在5年间尽管他们现实申请数目翻了3倍,但仍然无法与日本和美国申请量的增添比拟。图12中可以看到德国在排名榜上从第三位跌到了第五位,欧洲也失去了宏大份额。值得留意的是韩国专利一向坚持着必定份额。

四、结论

从20世纪五六十年月狭窄的空间技巧利用范畴,成长为21世纪早期的向阳财产,无疑燃料电池技巧已经成熟。30年前,煤和石油不合实用做空间摸索的燃料,是以,NASA须要燃料电池。此刻,成长燃料电池技巧是为了弥补、丰盛煤和石油的供给。石油价钱的提(tí)高和情况意识的加强,迫使公司必需在二者之间做出决定(zé):或是连续应用传统发念头,或是追求下降对矿物燃料能源全球依靠性的方式。恶劣的天气变更激发了人们对地球的存眷,企业无论是出于社会效益或经济好处的念头,都已经不克不及再疏忽情况题目。

在1999—2003年的5年里,汽车财产已经成为燃料电池技巧范畴专利申请量最大的财产,此中美国和日本的专利申请增添最多,中国专利申请的增添势头也很可观。可是,欧洲汽车财产却表示平平,其专利申请量在不竭降落。

别的,上述剖析还显示,企业不仅仅是在空间技巧和汽车范畴的燃料电池方面进行投资,他们还着眼于德律风,电脑,数码相机,居室及任何一个可能应用氢的处所。这是由于氢燃料电池重量轻、能耗又较通俗电池和内燃机低,使它可以或许作为干净的能源。

专利剖析展现,该范畴的研发和专利申请一向都很活泼。这阐明,科学家和工程技巧职员正在为人类向干净、低污染、低资本依靠的将来迈进而尽力工作。氢革(gé)命的真正实现指日可待,这不仅(jǐn)有益于机构、集团和花费者,还有益于我们生涯的星球。