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企業(yè)燃料電池技術(shù)
來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 日期:2010-5-18 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

企業(yè)燃料電池技術(shù)

燃料電池是將燃料直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。燃料電池有陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)三個(gè)組件,但不同種類(lèi)的燃料電池所用的材料、燃料、操作條件和適用范圍也不同。在此,參照美國(guó)能源部公布的資料,對(duì)不同種類(lèi)的燃料電池進(jìn)行歸納比較。

以高聚物薄膜電解質(zhì)燃料電池和固體氧化物燃料電池為例。前者擁有操作溫度低、啟動(dòng)快、體積小、無(wú)污染、高能量密度和高功率密度等優(yōu)勢(shì),被視為車(chē)載燃料電池的首選;但其存在的缺陷是造價(jià)高、催化劑容易失活等。后者具有催化劑抗毒性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),可以直接使用天然氣做燃料,并且尾氣的溫度高,可用作高品質(zhì)熱源;但其啟動(dòng)慢,適合連續(xù)操作,不可經(jīng)常開(kāi)停。

燃料電池的研究已有半個(gè)世紀(jì)以上的歷史。上世紀(jì)60年代中期,美國(guó)宇航局在阿波羅登月計(jì)劃中就采用了堿性燃料電池供電。到上世紀(jì)90年代后期,由于汽油價(jià)格上漲,燃料電池的研究又一次興起,相關(guān)的專利申請(qǐng)隨即大幅上升。

燃料電池專利可大至分為材料和工程設(shè)計(jì)兩大部分,涉及電池的每個(gè)部件。以高聚物薄膜電解質(zhì)燃料電池為例,許多專利針對(duì)高分子薄膜、陰極和陽(yáng)極催化劑、電極板等部件所使用的材料。例如,有些發(fā)明改進(jìn)高分子薄膜以提高其操作溫度、降低價(jià)格。燃料電池的陰極催化劑含貴金屬,價(jià)格高也容易失活。有許多發(fā)明專利針對(duì)催化劑的新配方,或催化劑的分布技術(shù);還有些專利針對(duì)燃料電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),其最終目的是要達(dá)到氣體、濕度和溫度的均勻分布。此外,由于固體氧化物燃料電池的操作溫度高,電池組的密封是一大技術(shù)難題,因而有許多專利專門(mén)針對(duì)密封材料和密封結(jié)構(gòu)。

燃料電池的種類(lèi)繁多,用途各異,面臨的技術(shù)問(wèn)題也不同。從國(guó)際專利申請(qǐng)(PCT專利申請(qǐng))的分布上,可以看出該領(lǐng)域主要的競(jìng)爭(zhēng)者。截止到2010年3月,國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)的數(shù)據(jù)庫(kù)中共有近9000件公布的專利申請(qǐng)。申請(qǐng)持有量前10名的公司分別是豐田汽車(chē)公司(Toyota)、尼桑汽車(chē)公司(Nissan)、松下電器(Panasonic Corporation)、西門(mén)子(Simens)、巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司(Ballard Power Systems)、戴姆勒股份公司(Daimler AG)、德國(guó)科研中心(Forschungszentrum Jülich)、東芝株式會(huì)社(Toshiba)、通用汽車(chē)公司(General Motor)、UTC技術(shù)(UTC Technologies)。其中豐田汽車(chē)公司的申請(qǐng)持有量近800件,而位居第二的尼桑汽車(chē)公司則只有200多個(gè)申請(qǐng)。此外,本田汽車(chē)公司有100多件PCT專利申請(qǐng),躋身前15名。

總體而言,日本企業(yè)的燃料電池PCT申請(qǐng)達(dá)3100多件,美國(guó)持有2500多件,隨后是德國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)和韓國(guó);從行業(yè)分布上看,汽車(chē)行業(yè)燃料電池的申請(qǐng)量最大,電器行業(yè)其次。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),美國(guó)專利局獲準(zhǔn)的燃料電池專利有8000件左右,日本企業(yè)持有其中的1/4,美國(guó)企業(yè)占其中的1/6。我國(guó)的燃料電池研究起步較晚,PCT專利申請(qǐng)和美國(guó)專利的數(shù)量都不大。隨著我國(guó)燃料電池研究投入和專利意識(shí)的增強(qiáng),燃料電池專利的數(shù)量和質(zhì)量都有望增加。

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