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WIPO发布交通领域氢燃料电池专利态势报告

【摘要】2022517日,世界知识产权组织(WIPO)发布《交通领域氢燃料电池专利态势报告》(Patent Landscape Report-Hydrogen Fuel Cells in Transportation),提供了对该领域专利活动的早期观察,结合新闻、企业财务报告等补充信息,以获得对未来氢燃料电池领域更深入的了解。

报告显示,2016年以来,与交通相关的氢燃料电池技术的创新蓬勃发展,中国、日本和德国是该技术专利申请的主要来源国。具体发现如下。

1.     第三次专利申请浪潮势头强劲

2016年以来,无论是在燃料电池方面,还是在交通领域的应用,专利申请量都出现了强劲增长。交通领域燃料电池共检索获得52,433项专利申请,占燃料电池专利申请的四分之一。20162020年间,氢燃料电池行业的专利申请增加了近四分之一(23.4%)。2020年,中国申请量最高(7,261件),占总量的69%,其后依次是日本(1,186件,11.3%)、德国(646件,6.2%)、韩国(583件,5.6%)和美国(403件,3.8%)。

2.     专利申请活动集中在五大司法管辖区,也是最大的发明人所在地

交通领域燃料电池相关专利申请分布在88个司法管辖区,96%的专利家族至少包括了一项来自日本、美国、中国、韩国、德国的专利申请。62%的专利家族仅在一个司法管辖区申请专利保护,日本和中国各占一个司法管辖区申请专利的五分之一。相比之下,电动车领域单一国家申请占总量的比例更大(69%)。虽然专利申请的发明人来自85个司法管辖区,但大多数申请活动集中在中国、日本、美国、韩国和德国,占该领域所有专利的89%,这些地区同时也是发明人的五大来源地。

3.     大公司对专利布局做出了重大贡献

交通领域燃料电池的Top 30申请人(21,152项专利家族)占专利申请总量(52,433项)的40%。其中,丰田、现代、大众、通用、戴姆勒、博世、本田和日产几乎活跃在每个子领域,涵盖终端产品和核心部件的制造。

4.     由于高额金融投资,专利领域正在出现新的参与者

新的进入者可能会对未来行业竞争带来变化。其中一些是来自中国或较小规模的公司。然而,专利申请和活跃的专利组合主要由大型汽车公司主导。公路以外的其他交通应用领域的顶尖企业在航空、造船和特种车辆领域较为活跃,而汽车和电池供应商也在最主要的申请人之一。

5.     申请人对包括燃料电池回收等自动化生产的兴趣日益增长

除了交通专利申请份额较高外,自动化生产专利出现增长,这表明高度成熟技术的总体现状,目前中国申请人对大规模生产特别关注。与此同时,回收利用专利申请数量虽然较少,但也呈现增长趋势,技术上的成熟度较高。

6.     研究界在克服技术挑战的专利申请中发挥重要作用

Top 30专利申请人中只有中国科学院一所大学和研究机构上榜。在过去几年中,大学和研究机构的专利申请数量有所增加。中国大学在这一领域非常活跃,美国、韩国、日本和欧洲的大学也有相关专利活动。除了专利活动外,一些大学和研究机构还表现出相当高的合作水平。

7.     燃料电池技术成熟度高,聚合物电解质膜燃料专利申请量领先

目前燃料电池技术具有很高的成熟度,包括聚合物电解质(或质子交换)膜燃料电池(PEMFCs)等不同类型燃料电池专利数量较为集中、处于领先地位,具有较好的前景。

8.     中国是当前交通领域氢燃料电池专利申请的第一来源国

过去两到三年里,中国专利申请表现强劲,虽然中国本土发明人占有大部分,但就整体活跃投资组合实力而言,很少有中国公司跻身顶级行列的情况。申请专利的顶尖企业主要来自日本、韩国、德国和美国。

9.     公路运输相关专利申请是目前最大的技术类别

燃料电池和氢气在交通运输中的主要应用是公路车辆。相比之下,与航运、航空、铁路和特种车辆(即汽车、叉车、机场拖船、拖拉机和挖泥船等)相关专利申请仅占交通领域燃料电池的一小部分。

10.  越来越多地关注电池供电相关的电动汽车领域

氢燃料电池汽车技术的活跃度很高,企业为该领域脱碳投入了大量资金,专注于电池供电的电动汽车渗透市场;重型汽车和公共汽车是氢燃料电池的潜在市场,例如通过使用氢燃料电池来延长车辆的航程。

11.  氢燃料电池有望成为航空业实现气候目标的可行解决方案

预计氢能将是未来二十年内帮助航空业实现零碳发挥关键作用的能源载体。据悉,空中客车将氢燃料电池视为目前最有前途的技术之一,也是航空燃料电池领域主要的飞机制造商,自2019年以来,其专利申请活动不断增加。

12.  供应链和物流脱碳的政策、企业零碳承诺推动航运专利申请活动

由于企业对其供应链和物流链中的CO2排放负有责任,承诺在2040年前实现零碳航运,以推动污染严重的航运业更快地实现脱碳。世界上大约90%的贸易是通过海运进行的,航运占全球碳排放量的3%。航运业利用燃料电池的专利技术在规模上与航空业相当,而且增长缓慢。考虑到船舶的平均使用寿命较长,以及最近引入液态天然气(LNG)技术为船舶提供燃料,预计该领域的增长将继续受到限制。值得注意的是,大宇等航运公司在特种车辆的燃料电池领域积极申请专利,特别是在港口环境中的应用(如上/下水、起重机等)。

13.  氢燃料电池作为柴油混合动力的替代,用于实现铁路脱碳

与电池驱动的电动列车相比,氢能列车具有优势,特别是可以比电动列车更快加油、行驶更远。因此,德国、日本和英国已经开始部署将氢能列车视为其国家铁路网络脱碳计划的核心。2018年,德国铁路与西门子合作推出了第一辆氢能列车(由Alstrom公司生产),东日本铁路公司计划于20223月开始在日本测试氢能列车。

14.  氢燃料电池技术的推广取决于系统性驱动因素,如基础设施、可再生能源的可用性和电池技术的进步

虽然氢气可以从任何能源中生产,但在低碳时代,需要的是“绿色”氢气作为运输燃料。因此,可再生能源的可用性预计将在氢气生产中发挥关键作用,在满足整个价值链的需求方面存在若干挑战。此外,运输和储氢的基础设施,以及汽车、飞机或船舶的燃料,需要在未来几年内扩大和加强,以确保氢燃料电池的运输应用扩散到市场。

替代电气化技术的进步,例如未来的固态电池可以使驾驶里程增加一倍,缩小这些技术与氢燃料电池之间的差距,氢燃料电池的优势是通过更高的容量实现高能量密度。对比燃料电池和固态电池领域的专利活动,发现燃料电池的专利数量要大得多,固态电池的专利增长正在加快,虽然从技术上燃料电池的成熟度很高,但为公路运输电气化提供动力的下一代电池已经显现。


杨璐霜  编译,李姝影  校译
来源:https://www.wipo.int/edocs/pubdocs/en/wipo-pub-1076-en-patent-landscape-report-hydrogen-fuel-cells-in-transportation.pdf
原文标题:Hydrogen fuel cells in transportation
检索日期:2022年5月17



 


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