国科图产业技术情报——燃料电池车及车用燃料电池技术

1产业技术情报—————————————————————————————————————————————————————————————2014年1月8日第9期（总第9期）编者按：燃料电池汽车是一种节能、无污染的“零排放”新型汽车，燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，能量转换效率高，被认为今后电动汽车上最理想的驱动电源。本期针对燃料电池车及车用燃料电池相关专利进行检索与分析，并结合相关报道对燃料电池车及车用燃料电池产业现状进行分析，指出：日本在此领域技术实力较强，中国在此领域起步较晚，技术竞争力不足。本期重点：燃料电池车及车用燃料电池技术日本在燃料电池车及车用燃料电池领域技术实力雄厚，一枝独秀。燃料电池技术重点领域包括控制、PEMFC、分离器、膜、燃料供应、电极等方向，呈持续发展态势。中国在燃料电池车及车用燃料电池领域研究起步较晚，企业技术竞争力不足，与发达国家差距甚远。主编：刘细文执行主编：贾苹本期策划：谢华玲、冷泠、闫亚飞联系地址：北京北四环西路33号中科院国家科学图书馆区域信息服务部邮编：100190电话：[phone]邮件地址：[e-mail]2目录【技术趋势】.............................................................................................31、燃料电池车及车用燃料电池技术专利数量年度变化趋势........42、燃料电池车及车用燃料电池技术专利国家/地区分布...............4【核心技术】.............................................................................................51、燃料电池车及车用燃料电池主要技术领域专利分布................52、燃料电池车及车用燃料电池领域热点技术................................73、燃料电池车及车用燃料电池高频被引专利分析........................8【重点机构】...........................................................................................101、国际重点研发机构......................................................................102、国内重点研发机构......................................................................12【重要人物】...........................................................................................141、同济大学教授，许思传..............................................................142、中国科学院大连化学物理研究所研究员，衣宝廉..................143、艾克隆州立大学化工系教授，庄显成......................................154、FCE公司CarbonateCell/Stack研发主管，喻肇宜.................155、日本产业综合技术研究所研究员，铃木俊男..........................16【产业动态】...........................................................................................161、产业政策......................................................................................172、企业动态......................................................................................18【技术转移】...........................................................................................203【技术趋势】燃料电池（Fuelcell）是一种化学电池，利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机，由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。工作时向负极供给燃料，向正极供给氧化剂。氢在负极分解成H+和电子e-，电子通过外部电路移向正极。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水，这正是水的电解反应的逆过程。因此，伴随着电池反应，电池向外输出电能。燃料电池能量转换效率高、发电过程对环境影响小，只要保持氢气和氧气的不断供给，燃料电池就会连续稳定地产生电能。燃料电池从发明至今已经经历了160多年的历程。由于能源与环境已成为人类社会赖以生存的重点问题，近20年以来，燃料电池这种高效、洁净的能量转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空/天及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。在燃料电池的各种应用中，机动车辆应用专利是燃料电池各种应用中专利数量最多的一种，表明随着能源的紧张以及各国对环境的日益重视，燃料电池在汽车中的应用已成为国际研发的热点，前景看好。本报告针对燃料电池车及车用燃料电池相关专利进行检索与分析，并结合相关报道对燃料电池车及车用燃料电池产业现状进行分析，为科技决策和课题研究提供支持。报告中的国际专利数据来源于美国汤森路透科技公司（ThomsonReutersScientific）数据检索与分析平台TI（ThomsonInnovation）中的增值专利信息数据库（DWPI和DCPI），通过关键词和国际专利分类号进行组合检索1，共计检出相关专利1检索策略：(主题=((vehicle*orcarorcarsorautocar*orbusorbusesorautobus*orautomobile*))ANDIPC代码=(H01M-008*))OR(主题=(fuelcell*same(vehicle*orcarorcarsorautocar*orbusorbusesorautobus*orautomobile*))ANDIPC代码=(B60K*orB60L*or421632项，数据检索日期为2013年12月30日。所采用的主要分析工具为TI和TDA（ThomsonDataAnalyzer）。1、燃料电池车及车用燃料电池技术专利数量年度变化趋势纵观燃料电池车及车用燃料电池的发展，从20世纪60年代开始有零星的研究，但直到90年中期都未得到很好的发展（图1）。从90年末开始，随着油价的不断攀升以及技术瓶颈的不断攻克，燃料电池车及车用燃料电池技术发展出现了契机，呈现出快速持续的发展态势，这个趋势一直延续到2007年。近几年，全球专利申请量呈逐年下滑的趋势，一方面可能与专利的早期申请、延迟公开制度有关，另一方面燃料电池机动车已处于示范生产阶段，说明燃料电池车及车用燃料电池技术已日驱完善，正在向在商业化道路进军。图1全球燃料电池车及车用燃料电池相关技术专利年代变化趋势2、燃料电池车及车用燃料电池技术专利国家/地区分布全球有近40个国家/地区开展了燃料电池车及车用燃料电池的研B60M*orB60T*orB60W*orH01M*orH02M*))。0500100015002000250019661967196819691970197119721973197419751976197719781979198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012专利申请量（项）优先权年5究工作。从专利技术的国家/地区来源看，日本申请的专利技术最多，占全部专利的67.3%，远超过其他国家/地区，自1996年开始，日本历年的专利申请量均处于全球第1的位置（图2）。专利申请总量排在第2位的美国是世界上最早开展燃料电池专利申请的国家，其专利申请量占总量的12.7%，其年申请量也仅次于日本，位列全球第2。排在第3位的是德国，占总量的7.2%，排在第4和第5位的分别是韩国和法国，中国以1.7%的份额占据世界第6位，中国的技术实力与前4位国家的差距很远。中国和韩国进入该领域的时间相对较晚，开展相关专利申请的时间均不超过20年，但韩国的发展速度远超过中国，近年来其专利的年申请量与美德已不相上下。中国虽开展研究较晚，但自2010年开始中国的年专利申请量与全球年申请量呈不同的发展态势，不降反增，说明中国政府及相关企业已开经有所布局。前6位专利申请国家/地区的专利申请总量占全部专利的96%，说明主要专利技术都掌握在这些国家/地区。图2专利优先权国家/地区分布（截取1996年以来的专利申请情况）【核心技术】1、燃料电池车及车用燃料电池主要技术领域专利分布02004006008001000120014001600180019961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012专利申请量（项）优先权年JPUSDEKRFRCN6在专利检索结果中，选取排名前100位的德温特手工代码，并将含义类似的手工代码合并去重以获得分析数据集，上述手工代码涉及的专利项数占燃料电池车及车用燃料电池专利总数的80%以上。由图3可以看出，控制、质子膜交换燃料电池（PEMFC）、分离器、膜、燃料供应等技术是国际上燃料电池车及车用燃料电池最关注的技术。此外，电极、外壳、堆、封装、冷却、加热、产氢、存储、膜电极组件、测量、测试等技术也排列靠前，而安全、监控、聚电极质、凝聚剂、能量转换、固态氧化物燃料电池（SOFC）、电解质等技术相对靠后。其中，在机动车方面应用最多的为质子膜交换燃料电池，固态氧化物燃料电池应用相对较少。图3燃料电池车及车用燃料电池主要技术领域专利分布4464855636336806826848278499711169119611981426172519522306257636556529电解质SOFC电压燃料处理能量转换电池充电锂基聚电解质、凝聚剂催化剂安全、监控测量、测试膜电极组件产氢、存储冷却、加热外壳、堆、封装电极燃料供应分离器、膜PEMFC控制7图4燃料电池车及车用燃料电池主要技术领域时间走势对燃料电池车及车用燃料电池领域10类重点技术在近10年的发展态势分析如上图所示（图4），在2003-2008年间，各类技术均呈持续发展的态势，此后呈缓慢下降的趋势，直到2011年，除双电极、膜电极组件、催化剂等技术外，其余各类技术的专利申请量均略有反弹。2、燃料电池车及车用燃料电池领域热点技术为避免通过德温特手工代码这类先有技术再有分类的分析方法的局限性，本报告特别绘制了技术研发重点领域分布图（图5）。图中等高线山脉表示为国际技术研发重点，其重要程度用颜色加以区分，由浅咖啡色、灰色到白色，依次增强。由图5可以看出，燃料电池车及车用燃料电池领域，国际上对氢、聚电解质、电解质、膜、传导、堆、外壳、空气、阀门、电压、控制等技术领域进行了重点研发。05010015020025030020032004200520062007