燃料电池储氢技术专利分析

李 昕，彭元亭，曾 辉，谭 波，陈思安

应用研究

燃料电池储氢技术专利分析

李 昕，彭元亭，曾 辉，谭 波，陈思安

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

储氢技术是氢能燃料电池发展的核心问题，本文对燃料电池储氢技术在中国的专利申请进行统计，对申请时间分布、技术方向分类、主要申请人构成、法律状态等方向进行分析，为该领域研究人员及企业提供研究态势和发展思路参考。

燃料电池 储氢 专利分析

0 引言

新能源是当今科技发展的重点，氢能是一种重要的二次能源，人们对氢能的开发利用寄予极大的期望[1～2]。氢资源来源丰富，通过燃料电池可以把化学能直接转化为电能，同时与传统的燃油发电机相比，有高效率、低污染、运行噪声小等优点[3～4]。氢能与燃料电池组配，特别适合用于制成轻量化、便携式的清洁能源产品，可替代传统电池及发电机，广泛应用于船舶、汽车、航空航天、野外作业等领域。而储氢技术是当前制约氢能燃料电池发展的核心问题。

储氢技术的研究主要有物理储氢和化学储氢两个方向。物理储氢主要有高压气态储氢，液态储氢，碳质吸附储氢等。化学储氢法主要有金属氢化物储氢、有机液氢化物储氢、无机物储氢等[5]。储氢技术的主要衡量标准是储氢密度、充放氢速率、充放氢的可逆性、循环寿命以及使用安全性等。本文对国内燃料电池储氢技术的专利申请进行统计，分析该领域的技术发展现状与未来发展趋势。

本文数据来源于PATSPAP专利数据库，根据专利法的相关规定，发明专利申请公布相比申请日有18个月滞后期，经发明人要求提前公开也需要6～8个月[6]，因此2021年申请数据还未公布，为便于统计分析，将数据统计截止时间定于2020年12月。

1　技术发展趋势分析

图1是1988～2020年期间我国氢燃料电池储氢技术领域的专利申请量变化趋势。在1988～1999年期间，储氢技术专利申请数量屈指可数，这期间国内科研基础薄弱，研究者们对燃料电池储氢技术的关注度不高。进入二十一世纪后，随着能源问题的日益突出，国家的战略重点逐渐转向可再生能源方向，氢能技术被列入《“十五”科技发展规划》，受政策影响，2000～2010年间，国内储氢技术处于平稳增长期，中国政府对储氢技术的支持力度加大，促进了该技术领域的专利产出。2011年至今，储氢技术进入高速发展期，政府相继发布了《“十三五”战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划（2016～2030年）》《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》等顶层规划[7]，促进了我国企业在储氢技术领域投入大量的人力和物力进行研发工作，储氢技术在国内得到飞速的发展。

可以看出，储氢技术在国内的申请量变化趋势与国外趋势大体相同，最大的区别在于中国的氢能技术自2000年才开始进入发展期，落后其他世界大国接近20年，因此国内的基础设施较为薄弱，技术积累相对落后。在国家相关政策的支持与引导下，近十年里国内储氢技术发展迅速，与国际领先技术的差距不断缩小，甚至在某些关键技术领域已经可以达到国际先进水平，但不可否认的是，我国在该领域整体技术水平还处于落后状态，国内研究机构及相关企业的关注和科研力度还需进一步加强。

图1 中国专利申请量的时间分布

2　技术方向分析

图2是我国储氢技术领域专利申请量的技术方向分析，按IPC分类号对申请的专利进行分类。从图2可以看出，该领域主要技术方向包括：燃料电池（H01M8）、气体或液体的贮存或分配（F17）、氢/含氢混合气/从含氢混合气中分离氢/氢的净化（C01B3）、一般车辆（B60）、发电/变电或配电（H02）、电极（H01M4）、电解或电泳工艺/其所用设备（C25）、一般的物理或化学的方法或装置（B01）、超微技术（B82）、碳及其化合物（C01B31）、冶金/黑色或有色金属合金/合金或有色金属的处理（C22）、碱金属、碱土金属、镁或铍的氢硼化物的制备（C01B6）等。对申请专利的技术方向进行分类统计，与主要储氢方式相关技术进行对比关联，统计出目前主要储氢技术路线的专利申请情况，如图3所示。

依据专利分类排序统计可知，国内储氢技术研发的重点依次为有机液体储氢、固态储氢、低温液态储氢、碳质吸附储氢、高压气态储氢。高压气态储氢技术相对成熟度较高，已经得到广泛使用，现阶段国内加氢站主要采用高压氢瓶，但是较低的体积容量比限制了电动车续航力的提升，从专利申请量可以看出该技术的关注度不如其他储氢方向。低温液态储氢具有较高的储氢密度，适用于航天航空领域，但是高成本、高能耗的使用条件应用于民用产业的难度较大。固态储氢在储氢密度上优势明显，但还需要解决充放氢温度高以及循环性能差的问题，专利申请主要集中在储氢材料以及应用方面，复合氢化物是近年的一个研究热点。碳质吸附储氢技术，是最近几年以来参考吸附原理发展壮大起来的一类物理性储氢模式，碳的比实际表面积与微孔实际有效体积是判断氢气吸附作用功能最为重要的2个影响因素，但是其不足之处是储氢速率比较缓慢。有机液体储氢具有储氢量高、安全性高、性能稳定等优点，但也需要改善反应温度、脱氢效率、催化剂毒化等方面的问题，是当前研究的重点方向。

图2 中国专利申请量的技术方向

图3 主要储氢技术方向分析

3　申请人分析

图4为在燃料电池储氢技术领域中国专利申请的主要申请人情况，从图中可以看出15位主申请人中有半数以上均为国内高校或科研院所，此外一些知名车企以及国内新能源科技公司也有很大的贡献。高校及科研院所是科技创新的主力军，而国内高新技术企业也在储氢技术领域投入了大量的人力物力，并且获得了一定数量的专利积累，说明国内企业在储氢技术方面有相当程度的技术积累，为产业化的推进奠定了基础。

图4 主要申请人排名

4 法律状态分析

从图5可以看出，统计的8165件在华专利中，有效专利3610件，占比44.2 %，在审专利1760件，占比21.6 %，失效专利2704件，占比33.1 %。审查中的专利约为总数量的1/5，说明最近两年有大量的申请人提交了专利审核。失效专利大部分是由于申请人在专利获得授权后未能按时缴纳年费导致，此外的主要失效原因是申请人未能及时回复审查机构针对在审专利发出的审查意见，视为撤回申请。储氢技术领域的专利法律状态说明该领域的专利管理存在问题，国内应着力于提高创新水平以及专利质量，对公布的专利加强后期管理。

图5 专利法律状态构成图

5 结语

我国储氢技术领域专利的发展起步较晚，但是在相关政策支持和引导下，具有非常积极的发展态势，但申请量突飞猛进的同时也需要提高创新水平以及专利质量，加强对该领域专利的有效管理。有机液态储氢是目前最受关注的储氢技术，具有广阔的应用途径与商业前景。从主要申请人分布构成可以看出国内产业布局的结构已初步形成，以高校及科研院所作为专项技术突破，国内高新技术企业加紧实现产业转化，企业和产学研紧密结合，加快国内自主化产业生态的打造。

[1] Gayathri V, Devi N R, Geetha R. Hydrogen storage in coiled carbon nanotubes [J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 35(3): 1311-1320.

[2] Gerasimos E. Ioannatos, Xenophon E. Verykios. H 2 storage on single- and multi-walled carbon nanotubes[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2009, 35(2): 622-628.

[3] 徐钟平, 周敏莉, 虞利强, 潘相敏. 燃料电池汽车及氢能源的发展现状与安全对策[J]. 消防科学与技术, 2010, 29(11): 1019-1021.

[4] 陈长聘, 王新华, 陈立新. 燃料电池车车载储氢系统的技术发展与应用现状[J]. 太阳能学报, 2005(3): 141-148.

[5] Hang H T, VARMAA. Hydrogen storage for fuel cell vehicles[J]. Current Opinion in Chemical Engineering, 2014, 8(5): 42-48．

[6] 中华人民共和国专利法[M]. 北京: 知识产权出版社, 2010.

[7] 中国氢能联盟. 中国氢能源及燃料电池产业白皮书 [EB/OL].[2019-0701].

Patent Analysis of Fuel Cell Hydrogen Storage Technology

Li Xin, Peng Yuanting, Zeng Hui, Tan Bo, Chen Si’an

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM911

A

1003-4862（2021）09-0027-03

2021-06-07

李昕（1989-），男，硕士，研究方向：燃料电池储氢技术。E-mail：276060983@qq.com