鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2020年03月18日
燃料動力電池專利地圖研究（一）
燃料動力電池是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術(shù)，也是目前唯一同時兼具無污染、高效率、適用廣、無噪聲和可持續(xù)工作的動力裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術(shù)。與生物燃料、風(fēng)力發(fā)電、太陽能這三種新能源產(chǎn)業(yè)相比，燃料動力電池目前市場規(guī)模還較小，但今后10年內(nèi)的發(fā)展速度將非常驚人，預(yù)計2017年市場規(guī)模將是2007年的10倍以上，達(dá)到160億美元。
目前，燃料動力電池的應(yīng)用重要集中在三大領(lǐng)域：燃料動力電池應(yīng)用于機(jī)動車、燃料動力電池應(yīng)用于便攜式設(shè)備和燃料動力電池應(yīng)用于固定式發(fā)電站。其中，便攜式設(shè)備應(yīng)用的是燃料動力電池所有應(yīng)用領(lǐng)域中，有可能最先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用。本系列文章擬通過5篇連載，聚焦燃料動力電池便攜式設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，繪制專利地圖開展專利分析，以期得出對產(chǎn)業(yè)發(fā)展有價值的結(jié)論。
發(fā)展概述
手機(jī)、pDA、筆記本電腦……越來越多的便攜式電子設(shè)備開始進(jìn)入我們的生活。但是，關(guān)于這些形形色色的移動電子設(shè)備而言，無論功能有多豐富，性能表現(xiàn)有多出色，它們大多只能運(yùn)行短短的幾個小時，然后就因為沒電而罷工。一旦在移動場合下遭遇到電池耗盡的情況，這些平時的寵兒頓時成為廢物和旅行的累贅。隨著便攜式電子設(shè)備功能的不斷增多，對電源的需求也越來越大。對此，除了電子設(shè)備廠商們改進(jìn)設(shè)備本身的設(shè)計，提高省電性能以外，電池廠商們關(guān)于更持久電源的研究也從未停息過。關(guān)于更高性能電池的研究，過去重要集中在傳統(tǒng)鋰離子電池的改進(jìn)上，力圖使其在體積和重量不變的情況下供應(yīng)更長的使用時間。
數(shù)年前，一種可以應(yīng)用在這些便攜式設(shè)備上的燃料動力電池問世，其應(yīng)用通常可涉及三大領(lǐng)域：家用數(shù)碼產(chǎn)品，如筆記本電腦、pDA、GpS、手機(jī)等；工業(yè)用便攜式儀器，如手持式數(shù)據(jù)采集設(shè)備、便攜式應(yīng)急燈、便攜式醫(yī)療裝置、便攜式發(fā)電機(jī)等；特種便攜式裝備，如特種GpS、步兵綜合信息系統(tǒng)、夜視儀、特種便攜式通訊系統(tǒng)等。如今，燃料動力電池作為一種更持久的供電技術(shù)，已處在實用化的邊緣。燃料動力電池供電的化學(xué)反應(yīng)原理比鋰離子電池簡單，典型的就是甲醇和空氣中的氧直接發(fā)生反應(yīng)。由于這種電池供應(yīng)的電量充裕、燃料廉價，而且充電過程很快（只需加注燃料即可完成）、環(huán)保特性顯著，在最近幾年倍受關(guān)注。
1)技術(shù)優(yōu)勢
便攜式燃料動力電池應(yīng)用重要有三種技術(shù)路線：一種是采用直接甲醇燃料動力電池（DMFC）技術(shù)，它是人們最為關(guān)注的用作移動電源的燃料動力電池之一，使用甲醇溶液作燃料，通過DMFC直接獲取電能。使用甲醇的優(yōu)點是燃料來源豐富，存儲方便，價格便宜。目前DMFC技術(shù)所面對的技術(shù)難題，一是甲醇在電解質(zhì)膜中的滲透，會使燃料利用率和電池電位降低；二是甲醇電極反應(yīng)活性不高，即使采用比pEMFC高得多的鉑載量，電池性能也還是很低。另一種方法是采用質(zhì)子交換膜燃料動力電池（pEMFC）技術(shù)，利用氫氣作為燃料，采用物理或化學(xué)的方法儲氫，例如金屬氫化物儲氫、納米碳材料儲氫或硼氫化鈉儲氫等，這樣可以獲得很好的燃料動力電池性能，其重要的技術(shù)難點是氫氣的來源與存儲的問題。第三種種途徑是采用微型重整器，用甲醇重整制氫，凈化處理后供給pEMFC，為便攜設(shè)備供電。例如卡西歐公司就展示過使用微型重整器的pEMFC筆記本電腦。
燃料動力電池在便攜式應(yīng)用中技術(shù)上也面對許多挑戰(zhàn)。首先，燃料動力電池小型化使工程技術(shù)的難度陡然加劇，一方面要將電池的尺寸及成本盡量降到最小，另一方面還要在充分供電和使用便利之間取得平衡。其次，在微小的容積空間內(nèi)儲存化學(xué)試劑不是一件容易的事，要使燃料循環(huán)就更復(fù)雜。再次，許多技術(shù)問題有待進(jìn)一步解決，例如燃料滲透、泄漏、電池過熱、腐蝕、電池壽命等。當(dāng)然，決定燃料動力電池在便攜式應(yīng)用領(lǐng)域能否成功除了技術(shù)難題外，最重要的是成本問題。新結(jié)構(gòu)、新材料的開發(fā)和使用、規(guī)模化生產(chǎn)以及先進(jìn)的管理等方面將會使燃料動力電池價格進(jìn)一步降低，在性價比上對二次電池形成優(yōu)勢才能使廣泛應(yīng)用成為可能。
2)市場規(guī)模及預(yù)測
