中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：眾所周知，氫能是一種清潔且“取之不盡，用之不竭”的能量來源，是解決全球面臨的能源危機(jī)以及環(huán)境污染的首選新能源之一。氫能利用技術(shù)，如氫燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)，在未來的清潔高效車用能源系統(tǒng)中具有極大的應(yīng)用潛力。然而，氫的儲(chǔ)存和吸放氫動(dòng)力學(xué)性能是限制氫能得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸之一。美國能源部(DOE)對(duì)汽車用氫源系統(tǒng)的部分技術(shù)參數(shù)為：到2015年重量儲(chǔ)氫容量達(dá)到5.5wt%,體積儲(chǔ)氫容量達(dá)到40gL,工作溫度為-1085℃。然而，迄今為止，能夠同時(shí)滿足所述要求的儲(chǔ)氫技術(shù)還未問世。因此，開發(fā)具有大容量儲(chǔ)氫能力和良好吸放氫動(dòng)力學(xué)性能的儲(chǔ)氫材料及其在氫能中應(yīng)用是全球研發(fā)和投資的熱點(diǎn)之一。
本文筆者采用關(guān)鍵詞和IPC分類號(hào),在中國專利數(shù)據(jù)庫和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫中對(duì)儲(chǔ)氫材料進(jìn)行檢索，并對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行簡單的定量和定性分析。
儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域?qū)＠焖僭鲩L
自20世紀(jì)60年代末發(fā)現(xiàn)鑭鎳合金(LaNi5)等金屬化合物的儲(chǔ)氫性能后，世界各國都競相投入到儲(chǔ)氫材料的開發(fā)，并迅速將其應(yīng)用于氫存儲(chǔ)、熱泵、二次電池等領(lǐng)域，到2011年底，全球累計(jì)專利申請(qǐng)量已達(dá)6500多件，尤其是從20世紀(jì)90年代開始，該領(lǐng)域持續(xù)升溫;進(jìn)入21世紀(jì)，受到了全球研發(fā)團(tuán)隊(duì)和投資者的熱情追捧，近年來該領(lǐng)域正處于迅猛發(fā)展階段。圖1反映了全球科研和投資者為解決日益增長的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題而尋找新能源的時(shí)代緊迫感和決心，預(yù)測在世界能源危機(jī)得到解決之前，儲(chǔ)氫材料將仍然是全球研發(fā)和投資熱點(diǎn)之一。
從圖2可以看出，排名首位的日本占據(jù)全球總產(chǎn)出量的53%，反映了該國在這一領(lǐng)域的雄厚實(shí)力;其次是美國，中國排名第三，與排名第二的美國也僅有微弱的差距，這表明我國科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也正積極主動(dòng)地投身到攻克儲(chǔ)氫材料和氫能的開發(fā)利用這一世界級(jí)難題之中。而在全球范圍內(nèi)排名前十位的申請(qǐng)人，除韓國的LG化學(xué)株式會(huì)社(排名第四位)和美國的能源變換設(shè)備有限公司(排名第七位)之外，其他都來自日本。在我國范圍內(nèi)排名靠前的本土申請(qǐng)人有浙江大學(xué)、中國科學(xué)院、比亞迪、中國有色金屬研究院、上海大學(xué)等，可見我國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要集中在科研院所，企業(yè)在這一領(lǐng)域的研究和投資還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)，企業(yè)與科研院所聯(lián)盟也將成為我國在該領(lǐng)域參與技術(shù)和市場競爭的良策。
儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域技術(shù)結(jié)下碩果
從圖3可以看出，涉及儲(chǔ)氫材料的專利申請(qǐng)按份額由少到多依次排列的有鐵基、錳基、鋯基、錸基、鎂基、鈦基、金屬氫化物、碳化合物、鎳或鈷基合金，通過進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)全球技術(shù)方向趨勢，發(fā)現(xiàn)作為基礎(chǔ)專利的化合物發(fā)明和組合物發(fā)明主要涉及金屬氫化物、碳化合物、鎳或鈷基合金，而且這3種形式的儲(chǔ)氫材料正呈現(xiàn)逐年增長的趨勢;關(guān)于其他形式的儲(chǔ)氫材料的專利申請(qǐng)量基本沒有起伏，由此反映出金屬氫化物、碳化合物、鎳或鈷基合金是目前研究和投資的重點(diǎn)方向，也是未來最有可能成功用于汽車用氫源系統(tǒng)的儲(chǔ)氫材料。另外，將儲(chǔ)氫材料開發(fā)應(yīng)用于電極、二次電池、燃料電池也是全球研發(fā)和投資者一直以來的不懈追求，其專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了作為基礎(chǔ)專利的儲(chǔ)氫材料，由此表明，對(duì)儲(chǔ)氫材料的開發(fā)利用已取得階段性成果。
在排名前十的產(chǎn)國中，日本對(duì)金屬氫化物、碳化合物、鎳或鈷基合金類儲(chǔ)氫材料以及電極、電池的開發(fā)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)力，也是其近年來的研究重點(diǎn)。其中，排名最前的三洋和松下在電極、二次電池以及鎳鈷合金類儲(chǔ)氫材料方向擁有雄厚的技術(shù)實(shí)力和大量的專利申請(qǐng)，也是這一領(lǐng)域在華專利申請(qǐng)量最多的國外申請(qǐng)人。我國在作為基礎(chǔ)專利的儲(chǔ)氫材料以及電極、電池的應(yīng)用領(lǐng)域也有積極的表現(xiàn)，能夠把握目前在這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，但是與日本和美國相比，還存在一定的差距;而且，國外還有大量的專利申請(qǐng)進(jìn)入了我國，無論從作為核心專利的化合物組合物發(fā)明，還是在電池、電極領(lǐng)域的應(yīng)用，都提交了大量的專利申請(qǐng)，因此，我國申請(qǐng)人正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
值得注意的是，日本的專利申請(qǐng)量為3506件，中國的專利申請(qǐng)量為977件，而美國為942件，歐洲為448件;但是，美國、歐洲和日本來華專利申請(qǐng)量分別為138件、61件、185件，反映出上述國家正在我國積極進(jìn)行專利布局，但相對(duì)于其專利申請(qǐng)總量而言，進(jìn)入我國比例仍然不高，由于專利具有地域性特點(diǎn)，因此日本、美國和歐洲等已公開但未進(jìn)入我國的技術(shù)，對(duì)于我國申請(qǐng)人來說既是挑戰(zhàn)又是機(jī)遇(如圖4所示)。
國內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)和布局
鑒于氫能的開發(fā)利用對(duì)于解決全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要性，儲(chǔ)氫材料的研發(fā)受到了全球科研和投資者的青睞，國內(nèi)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域也積極參與技術(shù)和市場競爭，并且在該技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)占有一席之地。但是，我國與技術(shù)實(shí)力雄厚且專利戰(zhàn)略完善的日本、美國等相比還存在一些差距，通過以上的定性和定量分析，筆者認(rèn)為我國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和申請(qǐng)人還可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)一步部署在該領(lǐng)域的專利戰(zhàn)略：首先，增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品是企業(yè)謀求長遠(yuǎn)發(fā)展的根本;其次，通過對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的專利進(jìn)行系統(tǒng)檢索，了解該領(lǐng)域的技術(shù)空白點(diǎn)和面臨的技術(shù)問題，然后在此基礎(chǔ)上尋找研究起點(diǎn)，亦即研究最高點(diǎn)，避免重復(fù)勞動(dòng)和浪費(fèi)投資;尤其是美國、日本、歐洲還有大量的技術(shù)并未進(jìn)入我國市場，這對(duì)國內(nèi)申請(qǐng)人來說既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇;第三，推進(jìn)科研體制改革，把科研與知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)相結(jié)合，尤其要推動(dòng)科研院所與企業(yè)的結(jié)合，將我國在該領(lǐng)域的人才和技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為專利優(yōu)勢;第四，鼓勵(lì)國內(nèi)申請(qǐng)人積極走出國門，盡早搶占國外市場，從表1中可以得出，目前我國本土申請(qǐng)人的總專利申請(qǐng)量雖然較多，但進(jìn)入美國、日本、歐洲的專利申請(qǐng)卻寥寥無幾，與美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)存在明顯的差距;第五，我國企業(yè)在將產(chǎn)品推向市場之前，還應(yīng)作相關(guān)領(lǐng)域的專利檢索，尤其要關(guān)注進(jìn)入我國的外來技術(shù)，避免侵權(quán)。
在筆者看來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人類對(duì)新能源的迫切需求，開發(fā)具有大容量和良好吸放氫動(dòng)力學(xué)性能的儲(chǔ)氫材料及其在氫能開發(fā)中的應(yīng)用是大勢所趨。
