燃料電池是將氫氣和氧氣作為燃料,利用電氣化學的縮減/氧化或“氧化還原”反映使兩者結(jié)合。反映后有三種副產物:電流——為金貴的太空船供給能量;水——當氫氣和氧氣聯合后,產生的水可供宇航員飲用,也可用于冷卻設備;熱量——使宇航員免受太空嚴寒的侵襲。這項改革技巧知足了最急需的能源、生計和熱量。
氫和氧是地球上最豐盛的兩種元素。從空氣(氧氣在空氣中占21%)中很輕易獲得氧氣,植物開釋出氧氣,人類吸入氧氣,接下來它不竭地輪回。氫是水的基礎構成元素。地球概況有70%籠罩著海水,用少許電流就可(kě)以從海水平分解出氫。盡管蘊涵著如許豐盛的資本,燃料電池裝配的潛力并沒有被器重。原因是制作它們的原料(例如,鉑金,化學堿,極純的氫和氧)長短常昂貴的,限制了它的大范疇貿易化。然而,科學家和工程技巧職員也沒有完整廢棄對燃料電池進行研討的盡力。假如地球上的石油(petro)或煤資本耗盡,或變得罕見而不經濟,燃料電池是個可選用的能量起源。
比來幾十年里,情況題目、經濟近況和科學提高已經把燃料電池推到了能源議程的前沿。假如所有的汽車都用燃料電池產活潑力,或者每所屋子都有本身的燃料電池體系,昂貴而又損壞情況的煤或核燃料還會有地位嗎?從情況角度來說,成長燃料電池技巧的來由是充足的,貿易潛力也是宏大的。挑釁來自于創(chuàng)造出低本錢的燃料電池技巧,使所有的汽車、屋子、隨身聽、筆記本電腦、手機、和MP3播放器都應用燃料電池。也許汽油價(Oil prices)格較低時,人們會下降對氫動力的留意力,但事實表白,人們對氫動力的愛好在不竭增添。
一、全球專利趨向
剖析燃料電池研討技巧成長的一個最有用的方式就是考核同期專利申請的趨向。專利是主要的金融投資和公司將某項發明投向市場的旌旗燈號,它能表白相干技巧從基礎研討向產物利用的轉移。
用要害詞和國際專利分類對1999—2003年這5年來國外的燃料電池專利進行檢索。結(jiē)果檢索到大約1萬余篇文獻。將這些文件按時光歸類,并繪制出這5年來的專利文獻數目變更圖表,顯示這段時代內頒布的國外燃料電池專利的數目浮現了爆炸性的增添(見圖1)。這段時光里,發明專利數目增添了4倍以上,基礎專利申請增添跨越了360%,1999年的申請不到1000件,2003年增添至大約4000件。1999年,氫燃料電池的投入不像今天如許宏大。這表白,公司之間在常識產權范疇中進行著劇烈的競爭,這些公司盼望在其所申請的專利某一天可以或許轉化為“錢樹子”。
從國外燃料電池專利申請數目的增添上來看,介入(yù)研討的機構已經過純真的能量電池研討公司轉移到汽車制作廠商和花費電子公司。從技巧的角度上,該范疇中還存在一些潛伏的題目,例如,存儲易燃氫。這些題目在燃料電池獲得專利和大量上市之前必需解決。
很顯明,研討職員今朝正在對燃料電池技巧進行大量的研討。圖2顯示1999年該范疇中積極地申請專利的國外主要公司。從中可以顯明看出,日本(Japan)公司是主要的專利權所有人,松下和三菱這兩個日本財產巨子是此中的(dì)引導者。圖2還明白地顯示了在1999年專利技巧是由一般的對燃料電池感愛好的公司所申請。
從專利文獻中可發明,東芝在申請新技巧專利方面很活潑,尤其在甲醇燃料電池(DMFC)范疇。東芝已經研制出一種用在移動耳機和音頻播放器上的微型電池。同大約工作(zuò)5小時的傳統鋰離子電池比擬,應用DMFC專利技巧的微型(博燃網已經走過了10年的風雨歷程，在這10年里博燃網與行業用戶一同成長。應會員要求我們新開通了技術文庫(http://news.gasshow.com/TechnicalLB.html)，我們將竭誠把最全、最新的技術資料呈現在您面前。)燃料電池工業的專利趨勢分析電池可連續工作10小時。
顯示2003年該范疇積極申請專利的國外的主要公司。從中可以發明,在專利申請人的類型上有一個有趣的變更。不僅前10名中有對折為汽車制作商,并且排在第11位的通用汽車公司也是出產汽車的企業。
如上所述,燃料電池技巧已經越來越多地引起了世界范疇內的存眷。經濟和技巧高速成長的中國(China)同樣面對著嚴重的能源危機。同時,中國擁有如斯宏大的市場,沒有哪一個公司在重點成長某項技巧的時辰,會忘卻中國的市場。選擇(zé)1999—2003年這個時光段,來看一下中國燃料電池的專利狀態。
對今朝頒布的1999—2003年的中國的燃料電池專利進行檢索,獲得1000多篇文獻。
斟酌到專利公然滯后的身分,中國的燃料電池的專利與國際上同期專利的趨向類似(sì),在近年也浮現了大幅度攀升的趨向,申請量從1999年的90件,增添到2003年的300多件。
1999年燃料電池在中國的專利申請,絕大大都把握在外國公司手中。并且,這些公司分辨屬于多個國度,并沒有哪一個國度是絕對的引導者。這些分辨屬于分歧財產的公司,在中國這個潛力宏大的市場上關于燃料電池的技巧進行了劇烈的競爭。然而,這種狀態到了2003年,就有了顯明的改觀。
可以看到,2003年燃料電池的前10名專利申請人中(zhōng)有六名是中國的,并且其申請量較大,這闡明有關專利技巧很大水平(dù)上把握在中國的公司和研討機構的手中。由此可以看到中國在近年對相干技巧進行了大量的投入,在5年間取得了驕人的成就。
從圖6還可以看到,2003年申請中國專利的國外公司的格式也有很大變更。假如說1999年,該范疇的專利申請疏散把握在諸如美國(United States)、德國(Germany)、日本、瑞士(Switzerland)等多個國度的話,那么到了2003年,外國公司在中國的申請大大都都集中到了日本公司的手中,同時韓國的公司也開端介入了中國市場的競爭。
二、專利利用的熱門范疇
很顯明,1999—2003年燃料電池技巧范疇產生了某些變更。為了找到謎底,應當更深刻地研討燃料電池在哪些技巧范疇中獲得了利用。
1.燃料電池的利用范疇
自NASA初次應用堿性燃料電池開端,人們已經開辟了多種新型的燃料電池,這些燃料電池各有其優毛病。NASA堿性電池很是昂貴,并且須要很是純的燃料。這種(zhǒng)類型的電池只實用于太空市場,由于航天局的職員偏向于用純氫和純氧燃料為火箭發念頭供給動力,這種電池不克不及等閑向花費市場供給,由于燃料污染是個大題目。
人們須要的燃料電池是那種制作起來相對廉價并且對燃料請求是“開放的”,即采取非純氫或純氧的燃料,同時,電池盡可能堅持較高能量的輸出。假如要開辟實用的、受接待的產物,那么電池重量、電池啟動時光和供電時對變更的反映等題目都很是主要。
在曩昔的20年中,人們開辟了很多合適這些前提的電池,固然它們并不克不及同時具有上述特征,但此刻有一些可供應用的專用燃料電池。例如,為倫敦的公共汽車開辟的燃料電池和高機能汽車的燃料電池。為病院、家庭和隨身聽供給能量的電池,它們都有各自分歧實用的容量。
汽車行業的專利申請量遠遠超越其他行業,而移動德律風和手提電腦方面的專利申請量從2001年開端浮現了必定的增添。有關空間技巧的專利申請量只占總量的一小部門,其原因很有可能是設定了保密條例,防止由于專利授予而使有關技巧在公共范疇泄露。
今朝,有兩個范疇對供電壽命有急切需求。人們期望手提盤算機中的新式可充電式鋰電池在電量耗盡之前,可以或許連續應用4個小時擺布。假如可以或許用燃料電池為手提盤算機供電,那么,在連續應用一個月后當它沒電的時辰,選擇什(shén)么來替換它呢?別的,從專利文獻中可以留意到,移動德律風和手提電腦方面的專利申請是相干聯的,由于專利權人在他們的專利中具體列舉了相干的利用。這些利用與移動PDA和相干范疇的研發投入的增添是分不開的。
日本在移脫手機或便攜式盤算機專利方面的研討運動頻仍,該地域的主要移動運營商DoCoMo公司一向致力于推進能為當地新開辟的高端手機高效供電的電池。跟著3.5G和混(hùn)合Wi-Fi收集的鼓起,新的帶寬的利用,對功耗裝配提出了新的請求。
在移動競技舞臺上燃料電池的新利用就是為藍牙耳機供電。諾基亞一向試圖從12ml的甲醇瓶中找到能堅持通話60小時、待機200小時的電源的解決計劃。前文圖中的公司,例如,日立公司、索尼公司、東芝公司和松下電器財產有限公司,都很器重便攜式花費電器的燃料電池的成長潛力。
燃料電池的中國專利中,利用于汽車的專利申請盤踞了燃料電池范疇專利申請的主要部門;別的有大量的專利文獻指明,其所表露的燃料電池技巧或燃料電池零部件的出產實用于各類對能源有需求的財產,這一類專利申請的數目其次;微型燃料電池可以作為移動電源用于花費電器,如移動德律風、便攜式攝像機等,這類的專利申請量也比擬大。此外,從專利文獻來看,燃料電池作為固定組合電源用于民用發電等范疇的專利申請量也在慢慢上升。
2.便攜花費電器的平安
燃料電池存在有爆炸的潛伏危險。這個嚴重的平安題目,或至少出于平安性的斟酌,影響了燃料電池在手提電腦和移動德律風上的應用。借使倘使在手提電腦中應用體積(V)雖小卻有爆炸性的內置氫罐,不難想像大眾,和相干媒體強烈的反映。要包管在飛機上手提電腦和移動德律風的平安,平安性的題目更為凸起。如何儲存氫氣,能使其處于惰性、不易燃狀態,又便于利用到燃料電池中呢?人們如何才干在固定例格的罐中填充足量的氫氣,并確保比一般充電電池供能時光更長呢?
固然花費者并不在意帶著易燃液體駕駛,但對于打德律風和應用手提電腦,倒是別的一回事。很顯明,平安性對任何利用都是題目,尤其當燃料的供給離手的地位較近。對平安機能的存眷已經成為燃料電池專利成長的趨向。大量資金不再投向燃料電池、電解、電極、容器和冷卻體系,而是轉向電池的存儲裝配和燃料供給上。如許的趨向從圖9中可以看到。1999年這方面的專利申請不到100件,而2003年,這方面的申請跨越700件。
中國在該范疇的專利申請狀態可以從圖10中看到。作為燃料電池技巧中的一個要害技巧,在燃料的存儲、供給方面的中國專利申請量增添敏捷。經過過程閱讀相干文獻,可以看出汽車、花費電器、供電等行業的申請人都在存眷該技巧的成長。
中國在燃料存儲、供給方面的專利申請狀態
3.納米技巧
20世紀80年月后期,有人發明某種形態的碳將自身包裝在一個不透氣的原子管內,形成了一個自力狹長的、不成思議的纖維管。到今朝為止,人們并沒有現實應用過這些納米碳管/納桿/納碳等。科學家發明,納米碳管(CNTs)可以儲存惰性氫。這些管很渺小,這一特征意味著“能量密集”,即納米碳管每平方厘米中可用氫的數目很是高。今朝,這一實例只在小型裝配中利用過,還未能應用它解決現實題目,但汽車廠商在燃料電池這一特別范疇的專利申請運動很是活潑。汽車廠商制作燃料電池和汽車產物時依然須要氫罐、泵和燃料供給裝配。
三、專利申請的地域性趨向
將每項發明第一次提出專利申請的國度(優先權國度)做成圖,可以懂得專利的地域性趨向。一些專利權人習慣在他們本身的國度申請專利,但他們有時也會由于想獲得更(gèng)好地維護或者由于這些國度是豐富利潤回報的市場,而向其他國度的專利機構提出申請。2003年燃料電池申請量最多的申請人列表中惟一的美國汽車公司是通用汽車公司。
日本稱霸于這一技巧范疇,但美國2003年的優先權申請量份額,比1999年有很大的增添,超越了歐洲(Europe)專利局和世界常識產權組織這兩大國際專利機構,排名從第五位上升到第二位。
不外德國和其他的歐洲國度失去了專利申請的很大份額。在5年間盡管他們現實申請數目翻了3倍,但仍然無法與日本和美國申請量的增添比擬。圖12中可以看到德國在排名榜上從第三位跌到了第五位,歐洲也失去了宏大份額。值得留意的是韓國專利一向堅持著必定份額。
四、結論
從20世紀五六十年月狹窄的空間技巧利用范疇,成長為21世紀早期的向陽財產,無疑燃料電池技巧已經成熟。30年前,煤和石油不合實用做空間摸索的燃料,是以,NASA須要燃料電池。此刻,成長燃料電池技巧是為了彌補、豐盛煤和石油的供給。石油價錢的提(tí)高和情況意識的加強,迫使公司必需在二者之間做出決定(zé):或是連續應用傳統發念頭,或是追求下降對礦物燃料能源全球依靠性的方式。惡劣的天氣變更激發了人們對地球的存眷,企業無論是出于社會效益或經濟好處的念頭,都已經不克不及再疏忽情況題目。
在1999—2003年的5年里,汽車財產已經成為燃料電池技巧范疇專利申請量最大的財產,此中美國和日本的專利申請增添最多,中國專利申請的增添勢頭也很可觀。可是,歐洲汽車財產卻表示平平,其專利申請量在不竭降落。
別的,上述剖析還顯示,企業不僅僅是在空間技巧和汽車范疇的燃料電池方面進行投資,他們還著眼于德律風,電腦,數碼相機,居室及任何一個可能應用氫的處所。這是由于氫燃料電池重量輕、能耗又較通俗電池和內燃機低,使它可以或許作為干凈的能源。
專利剖析展現,該范疇的研發和專利申請一向都很活潑。這闡明,科學家和工程技巧職員正在為人類向干凈、低污染、低資本依靠的將來邁進而盡力工作。氫革(gé)命的真正實現指日可待,這不僅(jǐn)有益于機構、集團和花費者,還有益于我們生涯的星球。