2010燃料电池行业专利分析

在文献调研的基础上，本文开展的燃料电池专利总体状况分析，有助于对燃料电池产业的重要技术、热点技术、发展趋势、区域情况、专利权人情况宏观把握。我们使用德温特专利和国家知识产权局中国专利数据库，结合关键词、IPC分类、德温特手工代码的方法进行专利数据采集（数据采集日为2011年1月31日），共得到德温特专利83506件（专利族）、中国专利9541件。

通过分析相关专利数量可以得出一个基本趋势，就是 产业技术经历高速发展，短期出现回落，但未来前景乐观。 至2011年1月底，国际上燃料电池相关专利数量达到83506个专利族，每一个专利族包括了同一项专利在不同国家申请的所有专利，数量庞大，映证了燃料电池技术是国际上研发的热门技术。

图1 专利年度分布（国内外）

图1揭示的是燃料电池领域的国际和国内专利的年度分布情况。我们采集的数据为已经公开的专利数据（数据采集截至2011年1月），考虑到专利一般从申请到公开需要长达18月甚至3年的时间，因此专利年度申请数量在2009年开始出现失真，为此我们专利分析年份截至到2008年（蓝色和绿色线）。2009-2010年专利分布情况可以参考年度专利公开数量（红色和紫色线）。图中蓝色曲线为全球专利申请年度分布图，由此可知燃料电池从二十世纪60年代初开始进入初期的发展，到了80年代出现了一轮升势，随即进入长达十多年的停滞。到了二十世纪末，迎来一轮高速发展，直至2008年开始出现小幅回落，这与燃料电池的发展非常吻合。美国在二十世纪60年代中期开始在航天飞机中使用碱性燃料电池，到80年代后期，多种燃料电池汽车进入示范阶段。1989年欧洲的“焦耳”计划，2001年美国发布《2030年及以后美国向氢经济转型的国家愿景》、同年日本发布的《燃料电池和氢能使用发展策略》，2002年布什政府提出的“自由车”项目推动了燃料电池技术的高速发展。直至2008年底美国总统奥巴马上台后，将新能源汽车转向纯电动汽车，燃料电池技术研发高速发展才告一段落。

1质子交换膜燃料电池主导燃料电池技术研发重点 从燃料电池细分技术上看，虽然碱性燃料电池在二十世纪60年代被NASA应用到航天飞机而出尽风头，但从上世纪90年代中后期，质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于应用面广，其发展速度与其它燃料电池技术逐渐拉开差距，出现一枝独秀的局面。而固体氧化物燃料电池（SOFC）在80年代末开始第一轮的发展，随即进入近十年的停滞期后，上世纪90年代末至二十一世纪初开始了第二轮快速发展，发展势头在燃料电池整体小幅回落的情况下，仍呈现小幅增长的势头。直接甲醇燃料电池（DMFC）是在二十世纪初发展起来，被誉为可能最先商业化的燃料电池技术，与PEMFC走势十分相似。

图1 燃料电池细分技术年度分布

2技术热点向质子交换膜、直接甲醇等技术迁移 我们选取2005年作为原点来划分燃料电池细分技术专利数量，将所有细分技术分成2005年以前和2005年（包括）以后两个时间段，分别代表近期和早期两个阶段。早期专利数量（蓝色）占专利总量的55%，在图中横坐标的55%的位置画一条基准线，超过基准线代表技术热点的迁移。图中可以看出，技术热点向质子交换膜和直接甲醇燃料电池迁移，而碱性燃料电池作为一种较为古老的燃料电池技术，也重新受到重视。

图2 燃料电池技术热点变迁

3 电极、控制、燃料制备与存储等核心技术成为研发重点

图3 主要技术领域分布图

主要技术领域专利分布图（图3）显示，电极、控制技术、燃料制备与存储、电堆、电解质、膜电极是国际上燃料电池产业领域重点研发的技术，尤其是电极的研发上，近几年呈现更为活跃的态势。 4 车辆、固定发电、便携式等应用占据主导 燃料电池在交通运输、便携式电子、航空航天、军事、家庭发电、分布式发电、电站等领域得到了广泛的应用，在第一章中我们已经做了介绍。这里我们选取其中主要的应用领域，分析其趋势分布，如图4。燃料电池的应用中，车辆运输领域占据重要地位，尤其是最近10年，燃料电池在汽车中应用发展非常迅速，在目前燃料电池技术研发整体小幅回落的形势下仍保持强势格局；在包括数码电子和移动发电在内的便携式应用中，1999年开始出现强劲增长势头，其增长速度甚至一度超过车辆应用；固定式发电应用总体上也呈现快速增长的走势，尤其是在2000-2005年间，有着较快的发展。

图4 燃料电池应用年度分布

区域优势 1 日美技术领域极具竞争优势，上海技术创新领先全国 所谓专利优先权是指申请人在一个国家第一次提出申请后，可以在专利法规定的期限内就同一主题向其他国家申请保护，这一申请在某些方面被视为是在第一次申请的申请日提出的。通常而言，发明人会在本国就其发明创造第一次提出专利申请，所以优先权专利申请的地域分布可以反映国家的技术实力。

在燃料电池国际优先权专利的申请量上（参见图1），日本处于绝对的领先地位，占据燃料电池所有优先权专利的六成以上，表明日本在燃料电池领域走在全球前列，技术上已占居垄断地位。排名二的是美国，虽然美国率先在燃料电池技术进行了研究并成功应用，但与目前日本的领先地位相距甚远。我国排在德国和韩国之后，位居第五位，但优先权专利绝对数量较少，仅为4%。 中国专利申请地域分布上（参见图2），所有9,541件燃料电池相关中国专利中，35%来自我国本土机构的申请，进一步对来自国内本土机构的区域分析，发现国内各省市技术研发排名中，上海以9%独占鳌头，北京、辽宁和台湾次之。六成以上的中国专利申请来自国外机构，其中日本仍独占鳌头，占据30%的份额，表明了其对中国市场十分看好，并提前布局。美国以15%次之，随后为韩国、德国、加拿大，其他国家在中国申请的专利份额均在1%以下。 2 各国技术聚焦及应用有所不同 核心技术与部件上看，日本在燃料电池各主要技术领域处于绝对的领先地位，而且技术最为全面。在排名前10位的技术领域中，日本均占据首位。美国紧随其后，而德国、韩国、中国在燃料电池核心技术和部件方面与日美相比相距甚远。

由图4中可以看到，各国关注的燃料电池技术领域相似度较高，但也有所侧重：如日本在控制方面比其他国家更为关注；美国则更为关注燃料制备与存储、电堆；德国重点关注燃料电堆燃料制备与存储；韩国关注膜电极组件；中国则更为关注电极和催化剂。 从细分技术上看，日本各项燃料电池细分技术发展较为均衡；美国、德国比其他国家更为关注固体氧化物燃料电池技术；韩国更为关注直接甲醇与熔融碳酸盐燃料电池技术；中国官位关注质子交换膜燃料电池技术。 从应用上看，日本比其他国家更为关注燃料电池固定发电应用；美国、韩国更为关注燃料电池便携式应用；而德国更为关注燃料电池在车辆的应用，对燃料电池的其他应用关注较少。 3 国内各地技术强势有所差异 国内燃料电池核心技术与部件研发方面，上海、北京、辽宁均非常重视电极的研发，申请的专利数量不相上下；上海在燃料电池系统、膜电极组件、电堆和双极板研发上在国内具有优势；北京在催化剂上领先；而辽宁在双极板研发上具有优势。

图7 主要省市技术领域布局图

竞争机构 燃料电池企业综合竞争力评估方面，根据汤森路透的Innograph专利分析平台提供的分析模型，综合考虑企业的专利数量、专利涉及分类数量、专利涉及地区数量、被引次数、营业收入、专利侵权情况等方面，如图所示，纵坐标反映企业拥有的资源，横坐标代表了企业技术实力，气泡大小表示专利数量。

结果显示：燃料电池行业中，汽车制造厂商已经成为创新和竞争的主体，日本丰田汽车（Toyota）、本田汽车（Honda）、松下电器（Panasonic）、日产汽车（Nission），美国通用汽车（GM），加拿大巴拉德（Ballard），韩国（Samsung）三星等企业竞争力居前。美国联合技术公司（UTC）技术关注度较强但企业实力较弱，是购并的潜在对象；壳牌（Royal Dutch Shell PLC）公司实力很强，但对燃料电池技术领域关注度较弱，有后发的潜力，是潜在的市场竞争者。

企业综合竞争力矩阵图