一 雙極板

雙極板是將PEMFC單電池串聯起來組成電池堆的關鍵部件，主要起分隔氧化劑和還原劑以及收集電流的作用，它具有以下特點：良好的阻氣功能；導電、導熱性能好；較低的體電阻和接觸電阻；耐腐蝕性強；質量輕、強度高、適于批量加工等。因此，雙極板不但對電池的體積、重量、成本等影響較大，同時對燃料電池的電性能也有很大的影響。有文獻表明，雙極板的質量占整個電堆質量的60%-70%，其成本占總成本的46%。

下圖是全球雙極板專利申請隨時間的變化趨勢，截至2015年9月30日，全球雙極板的專利申請總量為20863件，專利申請總體呈現先快速增長、后緩慢下降的趨勢，在2005年后進入緩慢下降期。

下圖是全球專利申請主要國家分布，雙極板的專利主要集中在美國、世界知識產權組織（WIPO）、日本、歐洲專利局（EPO）和中國，五大區域的專利申請量分布較為均衡，美國申請量最多，為4295件，占比21%。

全球專利申請量排名前十的申請人中，日本4家，美國2家，德國2家，韓國1家，加拿大1家，說明日本、美國在燃料電池雙極板方面具有相對優勢，其中日本企業集體優勢明顯，豐田、本田分別以1023件、951件排名前兩位。美國企業通用位居第三。

在中國區域的專利申請中，本土申請為793件，占比32%，來華申請為1681件，占比68%。在來華申請中，申請人主要來自日本和美國。

中國區域專利申請量排名前十的申請人中，有國外企業7家，國內企業3家，通用專利申請量最多，其次為豐田、松下、三星，國內企業中新能源動力股份有限公司排名第五，說明國內在燃料電池雙極板研究方面，已形成了一定的知識成果。

雙極板的技術構成中，共分無孔結構材料、有孔結構材料、極板形狀、流場結構、散熱結構等五部分進行分析。如下圖所示，專利申請主要集中在材料、極板形狀、雙極板流場結構上，其中，雙極板材料占比最高，無孔結構材料和有孔結構材料共同占比達62%。

在雙極板材料的構成中，有孔結構材料的專利申請多集中在復合材料，占39%，其次是金屬或合金，占26%；無孔結構材料的專利申請多集中在復合材料、碳材料、金屬或合金，占比分別為31%、28%、22%。

流場的基本功能是引導反應劑的流動方向，確保反應劑均勻分配到電極各處，同時能及時排出電池運行過程中的生成物。而雙極板表面的流場形式決定了反應氣與生成物在流場內的流動狀況，因此，雙極板表面流場形式對燃料電池性能及運行效率均有重大影響。

通過對雙極板的流場結構進行分析，得知：在雙極板的流場結構中，蛇形彎曲型專利申請量最多，占50%，其次是可變截面型和溝槽型，兩者專利申請情況相當。

雙極板形狀構成中，波紋型專利申請量最多，占57%，其次是管狀型和通道型，占比均為20%左右。

技術功效矩陣圖是一種對專利技術內容進行深層次分析的有效方法。通過技術功效矩陣分析，可以一目了然地掌握“專利雷區”和“專利空白區”分布情況，可有效加強“專利部署”，在了解技術現狀、分析競爭對手和協助制定技術發展戰略方面具有重要作用。在本報告中，針對無孔結構材料和有孔結構材料進行進一步的功效矩陣分析，結果如下：

無孔結構材料中，蛇形彎曲型的專利申請主要集中在復合材料、其次是金屬/合金、聚合物；溝槽型的專利申請主要集中在復合材料，其次是金屬/合金；可變截面型的專利申請主要集中在金屬/合金、復合材料。

有孔結構材料中，蛇形彎曲型的專利申請主要集中在復合材料、碳材料；溝槽型的專利申請主要集中在復合材料，其次是碳材料；可變截面型的專利申請主要集中在碳材料、復合材料。

二 質子交換膜

下圖是全球質子交換膜專利申請隨時間的變化趨勢，截至2015年9月30日，全球質子交換膜的專利申請總量為12014件，專利申請總體呈現先快速增長、后緩慢下降的趨勢，在2006年后進入緩慢下降期。

在國別分布中，專利申請主要集中在美國、世界知識產權組織（WIPO）、歐洲專利局（EPO）、日本和中國，其中，分布在美國和世界知識產權組織的專利數最多，占比均達到20%，歐洲專利局和日本次之，占比為13%左右。

全球專利申請量排名前十的申請人中，日本5家、美國2家、韓國1家、加拿大1家、德國1家，說明日本、美國在質子交換膜方面具有相對優勢，其中日本企業集體優勢明顯，在排名前六位的申請人中，有5家為日本企業，豐田居第一位。

在中國區域的專利申請中，本土申請為49件，占比5%，來華申請為1047件，占比95%。在來華申請中，申請人主要來自日本、美國、韓國、德國。

中國區域專利申請量排名前十的申請人中，全部為國外企業。其中，通用、豐田、三星的專利申請量最多。

在質子交換膜的技術構成中，合成高分子化合物的專利申請約占76%，異相膜的專利申請約占24%。

通過對質子交換膜的功效矩陣分析，可知：質子交換膜的專利申請均將安全穩定性放在重要位置。除此之外，MEA組件的專利申請還集中在提高交換效率上。

三 催化劑

下圖是全球催化劑專利申請隨時間的變化趨勢，截至2015年9月30日，全球催化劑的專利申請總量為12955件，專利申請趨勢總體可分為三個階段，先后經歷快速增長期（1994-2003年）、平穩發展期（2004-2011年）、緩慢下降期（2012-2015年）。

在催化劑專利申請主要國家分布中，專利申請主要集中在美國、世界知識產權組織（WIPO），其次是歐洲專利局（EPO）、日本和中國。其中，分布在美國和世界知識產權組織的專利數占比均超過20%，歐洲專利局和日本的專利數占比在12-14%之間。

全球專利申請量排名前十的申請人中，日本5家，德國2家，韓國1家，美國1家，英國1家，說明日本、德國在燃料電池催化劑方面具有相對優勢，其中日本企業集體優勢明顯，排名前六位的企業中有5家為日本企業，且豐田居第一位。

在中國區域的專利申請中，本土申請為70件，占比6%，來華申請為1019件，占比94%。在來華申請中，申請人主要來自日本、美國，其次是韓國、德國。

中國區域專利申請量排名前十的申請人中，全部為國外企業。其中，通用、三星的專利申請量最多，其次是通用和松下。

催化劑的技術構成中，共分鉑族金屬、催化劑載體、金屬或合金、金屬氧化物、有機或有機金屬化合物等五部分進行分析。如下圖所示，專利申請主要集中在鉑族金屬上，占比49%；其次是金屬氧化物、氫氧化物或含氧鹽，占比22%；催化劑載體、金屬或合金也占有一定的比例，在11%-13%之間。

通過對鉑族金屬的技術構成進行分析，可以得出：鉑族金屬的專利申請主要集中在催化劑載體、合金或金屬元素的混合物兩大部分，占比分布為56%、35%。

通過對催化劑的功效矩陣分析，可知：催化劑的專利申請均將安全穩定性放在重要位置，其次是集中在催化劑效率方面。

四 小結

（1）雙極板：

全球范圍內專利主要分布在日本、美國、中國、世界知識產權組織、歐洲專利局，美國專利申請量最多（占21%）；中國區域的專利中，本土申請占32%，來華申請占68%，國外申請人主要來自日本、美國。

在全球排名前十的申請人中，日本4家，美國2家，德國2家，韓國1家，加拿大1家，日本企業集體優勢明顯；在中國排名前十申請人中，有國外企業7家，國內企業3家，前四位均為國外企業。

在技術構成中，專利申請主要集中在材料、極板形狀、雙極板流場結構上，其中，雙極板材料占比最高62%。在雙極板材料中，有孔材料的專利申請多集中在在復合材料（39%）和金屬或合金（26%）；無孔材料的專利申請多集中在復合材料（31%）、碳材料（28%）、金屬或合金（22%）。

（2）質子交換膜：

全球范圍內專利主要分布在日本、美國、中國、世界知識產權組織、歐洲專利局，美國和世界知識產權組織的專利申請量最多，占比均達20%；中國區域的專利中，本土申請僅占5%，來華申請占95%，國外申請人主要來自日本、美國、韓國、德國。

在全球排名前十的申請人中，日本5家、美國2家、韓國1家、加拿大1家、德國1家，前6位申請人中有5家為日本企業，日本企業集體優勢明顯；在中國排名前十申請人中，全部為國外企業。

在技術構成中，專利申請主要集中在合成高分子化合物領域，占比76%，其次是異相膜，約占24%。

（3）催化劑：

全球范圍內專利申請主要分布在美國、世界知識產權組織，其次是歐洲專利局、日本和中國。其中，分布在美國和世界知識產權組織的專利數占比均超過20%；中國區域的專利中，本土申請僅占6%，來華申請占94%，國外申請人主要來自日本、美國，其次是韓國、德國。

在全球排名前十的申請人中，日本5家，德國2家，韓國1家，美國1家，英國1家，日本企業集體優勢明顯；在中國排名前十申請人中，全部為國外企業。

在技術構成中，專利申請主要集中在鉑族金屬上，占比49%；其次是金屬氧化物、氫氧化物或含氧鹽，占比22%。

在三個重點技術中，雙極板領域的專利總量最多，其次是催化劑和質子交換膜。各技術分支均在美國和世界知識產權組織的專利申請量最多，在中國區域專利申請中，雙極板領域的本土申請占32%，尚有一定的知識積累，但在質子交換膜和催化劑領域，本土申請占比幾乎很少，大部分為國外企業控制，我國在這兩個技術領域基礎十分薄弱。

作者：中國汽車工程研究院股份有限公司北京分公司/知識產權項目總監/孫鳳艷

文字來源: 《中國汽車產業知識產權發展報告（2016）——新能源汽車》