燃料电池工业专利分析

国际能源界预测，21世纪氢能将得到广泛应用，而燃料电池将成为利用氢能的重要途径。燃料电池是一种将存储在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。它不受卡诺循环限制，能量转换率高，洁净、无污染。

燃料电池最先被美国国家航空航天局用在航天飞机上。当时的燃料电池是将氢气和氧气作为燃料，利用电气化学的缩减／氧化或氧化还原反应使两者结合。反应后有三种副产品：电流——为金贵的太空船提供能量：水——当氢气和氧气结合后，产生的水可供宇航员饮用，也可用于冷却装备，热量——使宇航员免受太空严寒的侵袭。这项革新技术满足了最急需的能源、生计和热量。氢和氧是地球上最丰富的两种元素。尽管蕴涵着这样丰富的资源，燃料电池装置的潜力并没有被重视。原因是制造它们的原料(例如，铂金、化学碱、极纯的氢和氧)是非常昂贵的，限制了它们的大范围商业化。然而，科学家和工程技术人员没有完全放弃对燃料电池进行研究。如果地球上的石油或煤资源耗尽或变得稀有而不经济，燃料电池是个可选用的能量来源。

当今全球能源紧张、油价高涨，寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。最近几十年里，环境问题、经济现状和科学进步，已经把燃料电池推到了能源议程的前沿。20世纪80年代，燃料电池开始转为民用。燃料电池将是继水力、火力、核能之后的第4代发电装置及替代内燃机的动力装置。燃料电池作为能源利用的新技术，具备高效、洁净等优点，已成为当今世界能源领域的开发热点。如果所有的汽车都用燃料电池产生动力，或者每所房子都有自己的燃料电池系统，昂贵而又破坏环境的煤或核燃料还会有位置吗?从环境角度来说，发展燃料电池技术的理由是充分的，商业潜力也是巨大的。创造出低成本的燃料电池技术，使所有的汽车、房子、随身听、笔记本电脑、手机和MP3播放器都使用燃料电池。种各事实表明，人们对氢动力的兴趣在不断增加。

全球专利趋势

分析燃料电池研究技术发展的一个最有效的方法就是考察同期专利申请的趋势。专利是重要的金融投资信号，也是公司将某项发明投向市场的信号，能表明相关技术从基础研究向产品应用的转移。

用关键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。结果检索到大约1万余篇文献。将这些文件按时间归类，并绘制出这5年来的专利文献数量变化图，可以看出，这段时期公布的国外燃料电池专利的数量出现了爆炸性的增长。这段时间里，发明专利数量增长了4倍以上，基本专利申请增长超过了360％，1999年的申请量不到1000件，2003年增长至大约4000件。

从国外燃料电池专利申请数量的专利文献中可发现，参与研究的机构已经由单纯的能量电池研究公司转为汽车制造厂商和消费电子公司。从技术的角度上，该领域中还存在一些潜在的例如存储易燃氢这样的问题。这些问题在燃料电池获得专利授权和大量上市之前必须解决。

1999年，该领域中积极地申请专利的国外主要公司中，日本公司是主要的专利权所有人，松下和三菱这两个日本工业巨头也是其中的领导者。另外，专利文献还清楚地显示出，1999年，专利技术是由一般的对燃料电池感兴趣的公司所申请的。

2003年，该领域积极申请专利的国外主要公司中，专利申请人的类型发生了有趣的变化。不仅前10名中有半数为汽车制造商，而且排在第11位的通用汽车公司也是生产汽车的企业。

由此可见，燃料电池技术已经越来越多地引起了世界范围的关注。经济和技术高速发展的中国同样面临着严重的能源危机。同时，中国拥有巨大的市场。对目前公布的2000～2006年中国的燃料电池专利进行检索，将其根据时间序列绘制成。

从近年来中国燃料电池专利申请量呈现了大幅度攀升的趋势，申请量从2000年的170多件，增长到2004年的近900件。

由于专利公布的滞后，2005年和2006年的申请数据尚不完整。从目前公布的数据来看，2006年的申请量已经达到700多件，随着专利陆续的公布，年度申请量还有望增加。

燃料电池专利申请量的攀升，表明对此项技术研发投入的加大，这与我国政府对燃料电池技术研发的重视分不开。经过科技部“九五”攻关、973计划、“十五”863计划重大项目的专项资金支持，我国燃料电池的研究开发蓬勃发展，已经形成继20世纪70年代的燃料电池产品研发高潮之后的又一次研究热潮。

从专利文献中可以看出，燃料电池在中国的专利申请绝大多数掌握在外国公司手中。并且，这些公司分别属于多个国家，并没有哪一个国家是绝对的领导者。这些分别属于不同产业的公司，在中国这个潜力巨大的市场上关于燃料电池的技术进行激烈的竞争。然而，这种状况到了2004年，就有了明显的改观。

2004年，国内申请人的申请量与2000年相比有大幅提升，而且从2000-2006年的总申请量上看，国内申请人也占据了主要的地位。上海神力科技有限公司、大连化学物理研究所和清华大学等均排在专利申请量的前列，由此可以看出，中国近年对相关技术的大量投入取得了骄人的成绩。

同时，国外申请人的格局也有很大变化。如果说2000年，该领域的专利申请分散掌握在诸如美国、德国、日本等多个国家的话，那么到了2004年，外国公司在中国的申请大多数都集中到了日本公司的手中。同时，韩国的公司也开始参与中国市场的竞争。

专利应用的热点领域

很明显，近几年燃料电池技术领域发生了某些变化。为了找到答案，应该更深入地研究燃料电池在哪些技术领域中得到了应用。

1、燃料电池的应用领域

自NASA首次使用碱性燃料电池开始，人们已经开发了多种新型的燃料电池，这些燃料电池各有其优缺点。NASA碱性电池非常昂贵，而且需要非常纯的燃料。这种类型的电池只适用于太空市场，因为航天人员倾向于用纯氢和纯氧燃料为火箭发动机提供动力，这种电池不能轻易向消费市场提供，因为燃料污染是个大问题。

人们需要的燃料电池是那种制造起来相对便宜并且对燃料要求是“开放的”，即采用非纯氢或纯氧的燃料，同时，电池尽可能保持较高能量的输出。如果要开发适用的、受欢

迎的产品，那么，电池重量、电池启动时间和供电时对变化的反应等问题都非常重要。

在过去的20年中，人们开发了许多符合这些条件的电池，虽然它们并不能同时具有上述特性，但现在有一些可供使用的专用燃料电池。例如，为伦敦的公共汽车开发的燃料电池和高性能汽车的燃料电池，为医院、家庭和随身听提供能量的电池，它们都有各自不同的容量。

汽车行业的专利申请量远远超出其他行业，而移动电话和手提电脑方面的专利申请量从2001年开始出现了一定的增长。有关空间技术的专利申请量只占总量的一小部分，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术在公共领域泄漏。

目前，有两个领域对供电寿命有迫切需求。人们期望手提电脑中的可充电式锂电池在电量耗尽之前，能够持续使用4个小时左右。如果能够用燃料电池为手提计算机供电，那么，在持续使用一个月后没电时，选择什么来替代呢?另外，从专利文献中可以看到，移动电话和手提电脑方面的专利申请是相关联的，因为专利权人在他们的专利中详细列举了相关的应用。这些应用与移动PDA和相关领域研发投入的增长是分不开的。

我国燃料电池技术还处于科研阶段，燃料电池技术的产业应用尚未形成规模，大量的专利文献涉及的是燃料电池的应用基础研究。通过对披露的燃料电池应用领域的专利文献进行分析，发现燃料电池汽车的相关专利申请占了近年中国燃料电池专利总申请量的很大一部分。我国在“十五”计划和“863”重大科技攻关专项中，对电动汽车重大项目的研发投入，对研制具有我国自主知识产权的燃料电池发动机系统具有重要推动作用，大批科研单位和企事业单位投入了燃料电池汽车的研发热潮中，多个城市已经试运行燃料电池汽车。

微型燃料电池可以作为移动电源用于消费电器，如移动电话、手提电脑、便携式摄像机等，这类专利申请量的比重也较大，其中，很大比例是由日本等国外公司提交的。此外，燃料电池作为固定组合电源用于民用发电等领域的专利申请量也在逐步上升。

2、便携消费电器的安全

燃料电池存在爆炸的潜在危险。这个问题影响了燃料电池在手提电脑和移动电话上的使用。倘若在手提电脑中使用体积虽小却有爆炸性的内置氢罐，不难想像公众和相关媒体强烈的反应。对安全性能的关注已经成为燃料电池专利发展的趋势。大量资金不再投向燃料电池、电解、电极、容器和冷却系统，而是转向电池的存储装置和燃料供应上。从专利文献中可以发现，1999年，这方面的专利申请不到100件，而2003年，这方面的申请超过700件。

专利申请的地域性趋势

将每项发明第一次提出专利申请的国家(优先权国家)绘成图，可以了解专利的地域性趋势。一些专利权人习惯在自己的国家申请专利，但有时也会因为想得到更好保护或丰厚的利润回报，而向其他国家提出专利申请。

日本称霸于这一技术领域。但美国2003年的优先权申请量份额比1999年有很大增长，超越了欧洲专利局和世界知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。德国和其他的欧洲国家失去了专利申请的很大份额，5年间尽管他们实际申请数量增长了，但仍无法与日本和美国申请量的增长相比。值得注意的是，韩国专利一直保持着一定份额。

目前燃料电池的中国专利申请中，国内申请人的申请已经略占优势，而国外申请人的专利申请量排名的格局与国外燃料电池专利申请的国家格局相仿。来自日本、美国的专利申请位居前茅。稍有不同就是，来自韩国的申请略多于德国，这与韩国的地理优势有关，虽然韩国技术整体上还无法超越德国，但是，韩国对邻近市场的重视使其近6年来向中国提交的专利申请越来越多。

分析与结论

从20世纪五六十年代狭小的空间技术应用领域成长为21世纪早期的“朝阳工业”，燃料电池技术已经成熟。30年前，煤和石油不适合用做空间探索的燃料，因此，NASA需要燃料电池。如今，发展燃料电池技术是为了补充、丰富煤和石油的供应。石油价格的提高和环境意识的增强，迫使公司必须在二者之间做出抉择，或是继续使用传统发动机，或是寻求降低对矿物燃料能源全球依赖的方法。近年来，汽车工业已经成为燃料电池技术领域专利申请量最大的产业，其中，美国和日本的专利申请增长最多，中国专利申请的增长势头也很可观。但是，欧洲汽车工业却表现平平，其专利申请量在不断下降。

另外，很多企不仅在空间技术和汽车领域的燃料电池方面进行投资，还着眼于电话、电脑、数码相机、居室及任何一个可能使用到氢的地方。主要由于氢燃料电池重量轻、能耗又较普通电池和内燃机低，能够作为清洁的能源。

分析显示，该领域的研发和专利申请一直都很活跃。这说明，科学家和工程技术人员正在为人类向清洁、低污染、低资源依赖的未来而努力，氢革命的真正实现指日可待。

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