丰田燃料电池技术专利分析

丰田燃料电池技术专利分析

赵晔1

（1国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏，苏州）

摘要：本文主要分析了全球重点申请人燃料电池申请量，选择燃料电池的龙头企业丰田公司进行专利分析，首先对丰田公司燃料电池技术进行总体分析，然后对丰田公司在燃料电池的核心部件膜电极技术专利上进行分析，并且了解其发展历程和技术发展路线，考察丰田公司在膜电极中的核心专利，进一步帮助国内企业了解燃料电池膜电极的申请趋势和重点研究方向，对今后更好的致力于燃料电池膜电极的研究提供数据参考，进一步提高燃料电池的性能，并且获得更好的专利布局。

关键词：燃料电池 丰田 膜电极 专利

一、丰田公司燃料电池技术总体分析

为研究丰田在燃料电池方面的专利技术布局，对丰田的专利申请进行主题分析，图1为丰田的燃料电池技术主题旭日图，该图直观的体现了丰田在燃料电池技术方面的专利布局。整体来看，不管是对于电池堆组件的各部件还是对于燃料电池的系统控制，丰田都进行了广泛的研究，研究内容机会覆盖了燃料电池相关技术的方方面面。另外，从图中可以看出，电堆及其组件技术方面的申请量占总申请量44.60%，少于辅助装置。在电堆及其组件技术主题分析中，膜电极方面的专利申请量以占总申请量的25.4%的绝对优势高于双极板、电池堆、密封和单电池装配，膜电极作为影响燃料电池性能的关键性因素，丰田对其研究程度应该是领先于整个行业，丰田在降低燃料电池膜电极组件等的成本和提升其性能上下了很大功夫。因此，本技术综述将重点对丰田公司在燃料电池膜电极上的专利技术进行分析。

图1 锂离子电池技术分支旭日图

二、申请趋势分析

图2为丰田在涉及燃料电池相关技术主题的专利申请量趋势图，大体可以分为以下阶段：

（1）缓慢增长期（2000年之前）

2000年之前的这一时期，丰田在涉及本报告燃料电池相关技术主题的专利申请量处于缓慢增长阶段，年度申请量较低，基本都在100项以下。

（2）快速增长期（2001-2007年）

在2000年左右丰田赶上了全球第一波燃料电池汽车研发热潮，此阶段内，丰田在燃料电池技术方面的布局愈加广泛且申请量快速增加，其专利申请基本涵盖燃料电池所有相关技术主题，并且技术水平在全球处于领先地位。

（3）稳定发展期（2008年-至今）

2008年之后的申请量相对于2006、2007年有明显的降低，这可能与2008年的金融危机和业内对氢燃料电池商业化的质疑有关。此阶段，丰田在燃料电池方面的专利申请量增长速度相对于上一个阶段明显放缓，申请量呈波浪式稳定发展，但是申请量仍比较大。2019年的部分申请还未公开，基于目前的申请趋势不能确定2019年之后丰田在燃料电池相关技术的发展状况。但是作为燃料电池第一大企业，并将氢动力视为未来汽车的关键必由之路，可以预见丰田在燃料电池相关技术的研究水平必然保持领先地位。

图2 丰田公司燃料电池专利申请量趋势

三、丰田公司膜电极技术发展路线

目前，燃料电池商业化的最大问题就是成本太高，为了与内燃机竞争，燃料电池的成本必须降到50美元每千瓦，而降低燃料电池的成本的三个关键部件包括电极，影响电极成本的最重要因素无疑是催化剂。丰田为降低催化剂成本，催化剂的申请趋势由贵金属材料向贵金属-过渡金属复合材料发展，由贵金属向非贵金属催化剂发展，如碳化物、金属络合物、钙钛矿和陶瓷材料等。并且也从贵金属的形貌上改进进一步降低成本。在大量研究催化剂基础上，催化剂的载体以及催化剂层也有相应的技术路线，催化剂层主要针对层结构中的孔结构以及孔分布进行研究并进行专利布局，并且对于油墨中的溶剂以及添加剂都进行了逐步布局。而气体扩散层主要有两条技术发展路线。第一条为气体扩散层材料技术发展路线，主要针对多孔材料中的添加剂如造孔剂、纤维、树脂和表面层的改性进行研究；第二条为气体扩散层结构技术发展路线，主要是针对材料表面的结构如凹陷、多孔结构进行研究。电解质膜同样也是两条发展技术路线，分别为电解质材料和电解质膜结构的技术发展路线，电解质膜结构主要是在改善电解质膜的吸水和疏水性方面进行技术布局，以及在改善与催化剂层的接触方面进行进行布局。

四、总结

虽然近年来丰田的专利申请量减少，但其并没有停止燃料电池的研究步伐，始终视燃料电池车是终极环保车，将未来的研发重心从技术成熟的混合动力汽车逐渐转向燃料电池汽车，在其他汽车生产厂商致力于纯电动等其他新能源汽车研发的时候，丰田不断攻克燃料电池汽车车面临的技术难题，使其一直走在该领域的前列。我国的燃料电池技术相对于全球领先国家依然存在着不小的差距，但是发展速度迅猛，也不缺乏重要的技术研发团队，燃料电池技术也必然会向产业链下游应用领域扩展，我国申请人应该提高专利保护意识，学习和借鉴国外优秀企业的专利申请和保护策略，注意自身专利的挖掘和优化组合，形成一定量的专利组合，提前对海外潜在市场国家和地区进行专利布局。