報告簡介

新能源（燃料電(diàn)池）産業專利導航系列研究報告是基于深圳市标準技(jì)術(shù)研究院、廣州恒咨信息科技有限公司共同開(kāi)展的新能源（燃料電(diàn)池）産業專利導航項目研究成果，圍繞新能源燃料電(diàn)池産業發展概況、深圳市區(qū)域特色開(kāi)展專利導航研究等主題內(nèi)容，系統梳理(lǐ)了制(zhì)約深圳市新能源燃料電(diàn)池産業發展的瓶頸問題和(hé)關鍵技(jì)術(shù)，為(wèi)深圳市新能源燃料電(diàn)池産業發展路徑提供導航建議。深圳市氫能與燃料電(diàn)池協會(huì)作(zuò)為(wèi)新能源（燃料電(diàn)池）産業專利導航項目成果信息的重點應用實施單位，将在本平台進行(xíng)該專題的系列推送，歡迎關注。

第5期 産業專利布局篇

燃料電(diàn)池是一種通(tōng)過電(diàn)化學反應将氫氣或其它種類燃料的化學能量轉化為(wèi)電(diàn)能的電(diàn)化學電(diàn)池裝置，具有(yǒu)能量密度高(gāo)、噪音(yīn)低(dī)、無污染等特點，其發展曆史悠久，應用前景廣闊。本文将從産業發展和(hé)專利發展兩個(gè)角度對新能源燃料電(diàn)池相關技(jì)術(shù)的總體(tǐ)發展情況進行(xíng)歸納，使大(dà)家(jiā)對燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)的發展有(yǒu)一個(gè)總體(tǐ)的把握。

PART01 燃料電(diàn)池産業發展曆程

燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)發展至今已有(yǒu)200多(duō)年曆史，早在1801年英國皇家(jiā)學會(huì)的Humphry Davy就已展示了燃料電(diàn)池的原理(lǐ)。1955年，通(tōng)用電(diàn)氣公司發明(míng)了質子交換膜燃料電(diàn)池（PEMFC）。2009年，質子交換膜燃料電(diàn)池熱電(diàn)聯供系統開(kāi)始在日本上(shàng)市銷售。2015年，豐田推出了第一款量産質子交換膜燃料電(diàn)池汽車(chē)“Mirai”，标志(zhì)着質子交換膜燃料電(diàn)池産業進入“産業化元年”。

我國的燃料電(diàn)池研究始于1958年，原電(diàn)子工業部天津電(diàn)源研究所最早開(kāi)展了熔融碳酸鹽燃料電(diàn)池（MCFC）的研究。70年代在航天事業的推動下，我國燃料電(diàn)池的研究曾呈現出第一次高(gāo)潮。其間(jiān)中國科學院大(dà)連化學物理(lǐ)研究所研制(zhì)成功的兩種類型的堿性石棉膜型氫氧燃料電(diàn)池系統（千瓦級AFC）均通(tōng)過了例行(xíng)的航天環境模拟試驗。到90年代中期，由于國家(jiā)科技(jì)部與中科院将燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)列入"九五"科技(jì)攻關計(jì)劃的推動，我國進入了燃料電(diàn)池研究的第二個(gè)高(gāo)潮。此後，我國燃料電(diàn)池研究一直處于穩步發展階段。

燃料電(diàn)池的種類很(hěn)多(duō)，按電(diàn)解質的類型可(kě)分為(wèi)堿性燃料電(diàn)池(AFC)、固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池(SOFC)、磷酸燃料電(diàn)池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電(diàn)池(MCFC)和(hé)質子交換膜燃料電(diàn)池(PEMFC)等5大(dà)類。堿性燃料電(diàn)池(AFC)是最早開(kāi)發也是發展最成熟的燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)，其在20世紀60年代就成功的應用于航天飛行(xíng)領域。固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池（SOFC）最早由Nernst在1899年提出，但(dàn)由于受技(jì)術(shù)複雜性、材料加工手段的限制(zhì)，發展緩慢。直到 20世紀六七十年代由于航天業的需求以及80年代以後，為(wèi)了開(kāi)辟新能源，緩解石油緊缺帶來(lái)的能源危機，固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池才得(de)到了蓬勃發展。目前，世界許多(duō)國家(jiā)紛紛瞄準了21世紀新能源的市場(chǎng)，都在引進或聯合開(kāi)發SOFC。磷酸燃料電(diàn)池(PAFC)是當前商業化發展得(de)最快的燃料電(diàn)池，美國國際燃料電(diàn)池公司( IFC) 與日本東芝公司聯合組建的 ONSI 公司在PAFC 技(jì)術(shù)上(shàng)處于世界領先地位。熔融碳酸鹽燃料電(diàn)池（MCFC）在50年代初由于其可(kě)以作(zuò)為(wèi)大(dà)規模民用發電(diàn)裝置的前景而引起了世界範圍的重視(shì)，其目前已初步進入了商品化階段,目前在衆多(duō)發達國家(jiā)均有(yǒu)推行(xíng)使用,有(yǒu)望成為(wèi)未來(lái)大(dà)型發電(diàn)的主力之一。質子交換膜燃料電(diàn)池(PEMFC)的發展曆程可(kě)以追溯到20世紀60年代，随着技(jì)術(shù)的不斷進步，PEMFC的性能得(de)到了大(dà)幅提升，加拿(ná)大(dà)Ballard公司在這一技(jì)術(shù)上(shàng)處于全球領先地位。

PART02 燃料電(diàn)池産業專利發展趨勢

2.1 專利技(jì)術(shù)生(shēng)命周期分析：現創新産出整體(tǐ)趨于穩定

如圖1所示，1960-1971年內(nèi)，新能源燃料電(diàn)池産業處于萌芽期，創新主體(tǐ)不超過400個(gè)，年專利申請(qǐng)量低(dī)于3000件；1972-1987年本産業專利年申請(qǐng)量激增至近6萬件，由于燃料電(diàn)池的技(jì)術(shù)門(mén)檻較高(gāo)，因此即使該時(shí)期內(nèi)年專利申請(qǐng)量增長了二十倍，專利申請(qǐng)人(rén)卻僅翻了一倍。在經曆15年的高(gāo)速成長期之後，新能源燃料電(diàn)池産業的專利申請(qǐng)進入回落階段，1994年後再次進入高(gāo)速成長期，這一時(shí)期與上(shàng)一個(gè)高(gāo)速成長期不同，創新主體(tǐ)數(shù)量快速上(shàng)升（2005年相對于1994年，當年發生(shēng)本産業專利産出的創新主體(tǐ)增長超過7倍，達到了14221個(gè)），而專利申請(qǐng)數(shù)量增長相對緩慢，增長率僅60.51%，說明(míng)越來(lái)越多(duō)的創新主體(tǐ)将創新資源投入本領域。雖然技(jì)術(shù)持續進步，但(dàn)是整體(tǐ)創新産出仍較為(wèi)有(yǒu)限，未誕生(shēng)可(kě)大(dà)規模民用推廣的技(jì)術(shù)，成本仍然是制(zhì)約本産業發展的主要障礙。2011年後，本産業首次出現創新主體(tǐ)數(shù)量下滑的情況，于2013-2020年進入穩定階段，基本保持在6500個(gè)左右，說明(míng)現階段随着産業資源不斷整合，全球産業創新主體(tǐ)規模基本趨于穩定，年專利申請(qǐng)超過3萬件，創新産出整體(tǐ)放緩。

圖 1 新能源燃料電(diàn)池産業專利技(jì)術(shù)生(shēng)命周期圖

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2.2 氫能技(jì)術(shù)專利申請(qǐng)态勢分析：制(zhì)氫技(jì)術(shù)熱度最高(gāo)、輸氫技(jì)術(shù)規模最小(xiǎo)

如圖2、圖3所示，當前氫能技(jì)術(shù)主要包含制(zhì)氫、儲氫、運氫和(hé)加氫，屬于燃料電(diàn)池的上(shàng)遊供應端，由于氫氣是重要且基礎的化工原料，因此氫氣制(zhì)儲技(jì)術(shù)的研究起步較早，20世紀早期便已出現一定的專利申請(qǐng)規模，并且一直保持着相當的熱度。随着全球環境和(hé)能源危機問題的日益加劇(jù)，氫氣作(zuò)為(wèi)新能源被提上(shàng)日程，氫能源的理(lǐ)念随之被大(dà)衆廣泛接受，因此帶動了氫氣制(zhì)儲技(jì)術(shù)研究的熱潮。氫能技(jì)術(shù)以制(zhì)氫研究熱度最高(gāo)，專利申請(qǐng)增長速度最快；儲氫、輸氫和(hé)加氫技(jì)術(shù)則相對起步較晚，20世紀90年代後期才正式進入高(gāo)速發展期，制(zhì)氫、儲氫、加氫三個(gè)技(jì)術(shù)分支的專利申請(qǐng)峰值均出現在2021年，輸氫技(jì)術(shù)分支的專利申請(qǐng)峰值出現在2022年。由于該四個(gè)技(jì)術(shù)分支均為(wèi)新能源燃料電(diàn)池産業和(hé)影(yǐng)響石化體(tǐ)系能源結構的卡脖子環節，因此受到了業內(nèi)的廣泛關注，另外由于輸氫等技(jì)術(shù)研究門(mén)檻較高(gāo)，相關專利規模仍然較小(xiǎo)。

圖 2 氫能技(jì)術(shù)專利申請(qǐng)趨勢

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圖 3 氫能技(jì)術(shù)發明(míng)專利申請(qǐng)趨勢

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2.3 燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)專利申請(qǐng)态勢分析：總體(tǐ)處于增長趨勢

燃料電(diàn)池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有(yǒu)大(dà)約160年的曆史。燃料電(diàn)池相關專利在20世紀50年代後才形成一定規模，60年代燃料電(diàn)池首次應用在美國航空(kōng)航天管理(lǐ)局（NASA）的阿波羅登月飛船(chuán)上(shàng)作(zuò)為(wèi)輔助電(diàn)源，标志(zhì)着燃料電(diàn)池由實驗室階段開(kāi)始轉入軍用階段。如圖 4、圖 5所示，當前六大(dà)類燃料電(diàn)池中，質子交換膜燃料電(diàn)池的專利申請(qǐng)規模遠大(dà)于其他類型燃料電(diàn)池，作(zuò)為(wèi)第五代燃料電(diàn)池，質子交換膜燃料電(diàn)池在1996年後進入快速增長期，于2007年達到了第一個(gè)峰值，随後回落并于2015年再次進入加速期，2020年達到第二個(gè)峰值，專利申請(qǐng)量為(wèi)12884件，值得(de)關注的是發明(míng)專利的第二個(gè)峰值低(dī)于第一個(gè)峰值，說明(míng)現階段質子交換膜燃料電(diàn)池進入實用化階段。其次是固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池，其在固定式發電(diàn)領域顯示出了獨特的優勢，也吸引了不少(shǎo)行(xíng)業人(rén)士的青睐。直接甲醇燃料電(diàn)池起步較晚，2007年達到峰值後由于氫能源的崛起而大(dà)幅下滑，近年由于直接甲醇燃料電(diàn)池在燃料儲運方面相對容易，因此也得(de)到了一定範圍的應用。熔融碳酸鹽燃料電(diàn)池、磷酸型燃料電(diàn)池和(hé)堿性燃料電(diàn)池均為(wèi)前三代燃料電(diàn)池，專利申請(qǐng)起步較早，多(duō)于上(shàng)世紀便達到專利申請(qǐng)高(gāo)位，近年總體(tǐ)呈現下降趨勢，該态勢說明(míng)現階段本領域的研發資源主要向質子交換膜燃料電(diàn)池和(hé)固體(tǐ)氧化物燃料電(diàn)池傾斜。

圖 4 燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)專利申請(qǐng)趨勢

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圖 5 燃料電(diàn)池技(jì)術(shù)發明(míng)專利申請(qǐng)趨勢

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新能源（燃料電(diàn)池）産業專利導航項目簡介

深圳氫能産業已初步形成較為(wèi)完善的産業鏈，從上(shàng)遊的氫氣制(zhì)備、儲運、加注、加氫站(zhàn)基礎設施建設和(hé)運營，到中遊燃料電(diàn)池核心材料、電(diàn)堆、系統及關鍵零部，以及下遊終端交通(tōng)、儲能、發電(diàn)、船(chuán)舶、無人(rén)機等新型應用，都有(yǒu)全國行(xíng)業領先的企業在布局開(kāi)拓，并形成了以深圳為(wèi)研發、技(jì)術(shù)突破高(gāo)地，輻射廣東省乃至全國市場(chǎng)的發展格局。

在此背景下，深圳市标準技(jì)術(shù)研究院聯合廣州恒咨信息科技有限公司開(kāi)展了新能源（燃料電(diàn)池）産業專利導航項目，圍繞深圳市新能源燃料電(diàn)池産業發展概況及區(qū)域特色開(kāi)展專利導航研究，以專利信息資源利用和(hé)專利分析為(wèi)基礎，從産業專利布局、産業競争格局、産業結構調整方向、技(jì)術(shù)研發重點及熱點方向等，把握産業鏈中關鍵領域的核心專利分布，以全球視(shì)野明(míng)晰産業競争格局，梳理(lǐ)制(zhì)約深圳市新能源燃料電(diàn)池産業發展的瓶頸問題和(hé)關鍵技(jì)術(shù)，進而緊扣産業創新發展需求，提出深圳市新能源燃料電(diàn)池産業發展路徑導航建議，指導市場(chǎng)主體(tǐ)根據分析結果調整市場(chǎng)布局、産品經營策略，實現圍繞關鍵核心技(jì)術(shù)攻關的有(yǒu)效專利布局。

以上(shàng)為(wèi)新能源（燃料電(diàn)池）專利導航系列第5期全部內(nèi)容，此專題系列将陸續發布，歡迎關注。如對文章內(nèi)容有(yǒu)疑問或建議，歡迎與協會(huì)秘書(shū)處聯系。

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