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氢燃料电池专利情报分析报告

北极星储能网  来源:NE时代    2019/2/21 8:40:49  我要投稿  

北极星储能网讯:据预测,2030年度燃料电池汽车全球市场规模将超过198万辆,市场增长潜力巨大,根据中国汽车工程学会2016年10月26日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中的数据,2030年,中国燃料电池汽车的规模将达到百万辆。随着各国政府对氢燃料电池汽车产业的扶持及关键技术的突破,未来几年燃料电池汽车产业将迎来爆发式增长。

本文来源:NE时代 微信公众号 ID:NEtimes2017

氢燃料电池简介

氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。

氢燃料电池的基本结构和基本燃料电池的结构相同包括:电极、电解质隔膜与集电器等。电极是燃料氧化和还原的电化学反应发生的场所,可分成阴极与阳极两部分。电解质隔膜的功能是分隔氧化剂与还原剂并同时传导离子。目前燃料电池所采用的电解质隔膜可以分为两类,一类为以绝缘材料制作多孔隔膜,例如石棉膜、碳化硅膜和铝酸锂膜等,再将电解液,例如氢氧化钾、磷酸和熔融碳酸盐等,浸入多孔隔膜:另一类电解质隔膜为固态离子交换膜,例如质子交换膜燃料电池中采用的全氟磺酸树脂膜。集电器也称做双极板,它只有收集电流、疏导反应气体及分隔氧化剂与还原剂的作用;双极板的性能取决于材料特性、流场设计与加工技术。

20世纪60年代,氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域[5]。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后,随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术,很快,氢燃料电池就被运用于发电和汽车。随着制氢技术的发展,氢燃料电池离我们的生活越来越近。

氢燃料电池发展技术障碍

(1)氢气的制取。一般工业制氢方法有电解水、台烃的化石燃料中制氢、太阳能光电化学分解热化学制氢制氢、光和微生物制氢等多种方法,但是目前还没有一种价格低廉、无污染、制作工艺成熟、技术优良的工艺方法,这个也是氢燃料电池技术攻关的方向和目标。

(2)氢气的储存。一般的储存方法有常压储氢、高压储氢、液氢储氢。金属氢化物储氢以及吸附储存,由于氢质量轻,无色无味,易泄漏、易在空气中达到爆炸极限,所以氢的储存成为了制取之后又一个技术性难题。

(3)氢气的运输。氢虽然有良好的可运输性,但不论是气态氢或是液氢,在使用过程中都存在不可忽视的实际问题。第一,氢质量轻,在运输和使用时单位能量所占的体积相对较大,这对作汽车动力有一定的挑战。第二,氢易泄漏,在真空密封的燃料箱每24小时的泄漏率达2%,因此对贮氢容器和输氖管道、接头、阀门等都要采取特殊的密封措施;第三,液氢的温度极低,仅一滴液氢即可引起严重的皮肤冻伤。因此在运输和使用过程中必须十分谨慎,要特别注意采取各种安全措施。

检索数据库及检索年限

本报告检索了从1989年至2018年的中外专利数据库,共检索相关专利4074件,其中国内专利1997件,国外专利2077件,后续将分别对国内和国外专利情况进行分析。

国内专利客观分析

概况分析

年度申请量分析

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2018年的申请量数据不完整,主要以2017年及以前的申请量作为分析数据。

从申请量角度看,在1999年以前,燃料电池在汽车行业尚处于起步阶段,专利申请量较少,1999年以后,专利申请量开始上升。

中国第一辆氢燃料电池汽车在1999年底展示,其燃料电池由北京富源公司提供,之后科技部加大了对燃料电池研究的投入,从此燃料电池的发展开始进入研究热潮,氢燃料电池专利申请量快速增长,从2008年到2013年期间的专利申请量看出,氢燃料电池的研究处于技术攻关阶段,2013年以后专利申请量又呈现快速增长的趋势,可以推断在此阶段氢燃料电池在汽车上的应用取得了一定的技术突破。

专利类型分析

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在已公开的专利中,发明专利有1284件,占比64.3%,实用新型专利有695件,占比34.8%,外观设计专利有18件,占比0.9%。由于氢燃料电池研发难度较高,专利价值也较大,研发人员大部分是通过自主研发来进行深入研究。

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