聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请态势分析

聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请态势分析

钟丽敏

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东 广州 510555

摘要：新能源汽车领域中以燃料电池为动力源是其中一个重要方向。质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用在汽车中最常用的燃料电池，其核心零部件之一是质子交换膜。聚醚醚酮（PEEK）是燃料电池中常见的质子交换膜材料，本文以聚醚醚酮基质子交换膜技术领域为研究对象，分析该领域的全球专利申请态势，并列出重点专利文献，为本领域的技术研究人员提供参考。

关键词：新能源汽车，燃料电池，质子交换膜，PEEK

Analysis of Global Patent Application Situation for Polyetheretherketone-based Proton Exchange Membrane

Zhong Limin

(PATENT EXAMINATION COOPERATION GUANGDONG CENTER OF THE PATENT OFFICE, CNIPA, GUANGDONG GUANGZHOU 510555, China)

Abstract: The use of fuel cells as a power source in the field of new energy vehicles is one of the important directions. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is currently the most commonly used fuel cell in automobiles, and one of its core components is the proton exchange membrane. Polyetheretherketone (PEEK) is a common proton exchange membrane material in fuel cells. This paper takes the field of polyetheretherketone-based proton exchange membrane technology as the research object, analyzes the global patent application situation in this field, and lists key patent documents. Provide reference for technical researchers in the field.

Keywords: new energy vehicle, fuel cell, proton exchange membrane, PEEK

随着化石能源的使用带来的碳排放问题日益显著，新能源的广泛使用逐渐成为趋势。搭载以氢作为燃料的燃料电池的汽车是新能源汽车的一个重要方向[1-2]。燃料电池（Fuel Cell）是一种直接将燃料（例如氢气、天然气、醇、和甲烷等）的化学能转化为电能的化学装置，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前应用在汽车中最常用的燃料电池。以质子交换膜燃料电池为例，其电解质是质子交换膜，起到传输质子的作用。聚醚醚酮（PEEK）是燃料电池中常见的质子交换膜材料，基于聚醚醚酮的改性或复合材料具有良好的质子导电性，因而获得人们的广泛研究[3-5]。

本人以聚醚醚酮基质子交换膜为研究领域，通过HimmPat检索系统分析该领域全球专利申请态势，从申请趋势、受理局分布、主要申请人的角度分析该领域的专利技术分布特点，并列出部分重点专利文献，为相关领域的研究人员提供参考。

1.全球专利申请量年变化趋势

通过检索全球范围内涉及聚醚醚酮基质子交换膜的专利文献，按照申请年统计专利申请量，截取从2000年至2021年时间段的数据。如图1所示，聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请量在2005年、2012-2014年、2017-2018年超过100项，自2000年以来该领域的专利申请量在波动中逐步上升。

图1 聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请量年变化趋势图

2.全球专利申请受理局分布

以受理局为入口，统计得到全球范围内聚醚醚酮基质子交换膜专利申请的数量分布，如图2所示。聚醚醚酮基质子交换膜领域全球专利申请中，中国（CN）占比24%，韩国（KR）占比24%，日本（JP）占比16%，美国（US）占比15%，国际局（WO）占比7%，欧局（EP）占比4%。由此可见在该领域中国、韩国、日本、美国的专利申请最为活跃。

图2 聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请受理局分布图

3.全球专利申请重点申请人情况分析

以第一申请人为入口，统计全球范围内重点申请人情况，如图3所示。LG化学在该领域的专利申请量最多，为203项；三星SDI其次，为81项。中国科学院大连化学物理研究所申请量为50项，武汉理工大学为28项，从图3中可以看出中国在该领域申请量较多的申请人多为研究所和高校。

图3 聚醚醚酮基质子交换膜全球专利申请重点申请人统计

4.重要专利分析

以引证次数、重点申请人为依据，获得聚醚醚酮基质子交换膜领域部分重要专利文献，列举如下：专利文献US20050031925A1公开了一种复合固体聚合物电解质膜，包括与水溶性离子导电材料互穿的多孔聚合物基材，其中离子传导材料包括磺化离子导电芳族聚合物优选聚醚酮（PEK），聚醚醚酮（PEEK）。该固体聚合物电解质膜具有高离子传导性，高抗脱水性，高机械强度，以及对运行中的PEM燃料电池的酸性和氧化性环境的化学稳定性。专利文献KR20180003925A公开了一种增强复合电解质膜，该电解质膜包括亲水性多孔基材和浸渗在该多孔基材中的离子导电性聚合物，其中，所述孔的表面和内部被离子官能团取代；构成亲水性多孔基材的疏水性聚合物包括聚醚醚酮。该发明通过离子引入增加了电解质膜的选择性离子渗透性，改善了电池的性能。专利文献CN101079487A公开了一种质子交换膜燃料电池用的多层自增湿复合膜及其制备方法，包括多孔增强膜和自增湿复合层，多孔增强膜上浇注或喷涂有质子交换膜树脂，形成增强的复合膜；所述质子交换膜树脂可以为磺化聚醚醚酮。本发明的多层自增湿复合质子交换膜具有良好的稳定性、较高的质子传导率和较好的自增湿性能。

5.结论

通过对聚醚醚酮基质子交换膜领域近年来申请量在波动中上升，申请主要集中在中国、韩国、日本。中国国内的高校及科研院所在该领域中的申请量较多。韩国、日本的申请人以企业为主。对我国而言，面对氢能应用及燃料电池发展的趋势，掌握质子交换膜的核心技术很有必要，可以充分利用高校及科研院所的研究优势，将专利技术应用于相关产业的发展中。

参考文献：

[1]我国节能与新能源汽车发展战略与对策, 欧阳明高, 汽车工程. 2006,(04),第317-321 页，2006-04-25

[2]燃料电池汽车研究现状及发展, 李建秋,方川,徐梁飞, 汽车安全与节能学报. 2014,5(01),第17-29页，2014-03-15

[3]磺化聚醚醚酮膜的制备及其阻醇和质子导电性能,李磊, 许莉,王宇新, 高分子学报. 2003,(03) ,第452-455 页，2003-05-20

[4]磺化聚醚醚酮膜的制备及性能, 张高文,周震涛, 电池. 2005,(04), 第292-294 页，2005-08-25

[5]一种新型的用于质子交换膜燃料电池的磺化聚醚醚酮酮, 李先锋,那辉,陆辉, 高等学校化学学报. 2004,(08), 第1563-1566 页，2004-08-15