我国合金系储氢材料专利申请状况分析

现代社会对石油等不可再生能源的需求不断增加，因此出现了潜在的能源危机。为了应对这种能源危机，各种可再生清洁能源的发展被提上日程。氢能作为重要的清洁能源受到了广泛关注，而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能应用研究的关键。研究发现，某些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属或合金能够大量“吸收”氢气，与氢反应后以金属氢化物形式吸氢，氢以原子态储存于金属或合金中，将生成的金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来，可有效地利用这一特性储氢。这些氢化物材料虽然发展较晚，但是它们的储氢性能优异，从体积储氢密度、储氢能耗、安全性能等因素考虑，金属氢化物储氢是目前最好的储氢方法。

本文通过对我国相关领域专利的分析，摸清国内合金系储氢材料技术的发展状况，理清竞争对手之间的优势和差距，为我国企业选择合理的研发领域、制定研发策略提供参考。

笔者以关键词和分类号相结合的方式在中文专利数据库中进行检索，数据截止日期为2013年12月31日。由于专利申请公开滞后的原因，2012年至2013年之间的相关专利申请量为不完全统计数据。

国内企业起步较晚

国内首次关于合金系储氢材料的专利申请出现于1986年，1986年至1993年的专利申请量变化不大，从1994年开始，合金系储氢材料的专利申请量开始逐年增多，2002以后进入快速增长阶段，2008年达到专利申请量的高峰，此后专利申请量有所下滑，但有趋于稳定的趋势。2002年至2008年间，合金系储氢材料的专利申请量基本处于增长态势，可见在这个阶段，合金系储氢材料的研究处于活跃期。

在专利申请人方面，合金系储氢材料专利申请量排名前三位的分别是浙江大学、三洋电机株式会社和北京有色金属研究总院。在排名前10位的国内专利申请人中，高校占5位、科研机构占3位、企业占2位，可见国内关于合金系储氢材料的专利申请集中在高校和科研机构。

笔者对国内各申请人的专利申请进行对比后发现，在一定时间段内，国内申请人的研发具有一定的持续性。中国科学院金属研究所是最早开始提交合金系储氢材料相关专利申请的科研机构之一，且在之后的十几年内专利申请数量分布较为均匀。另一较早提交合金系储氢材料专利申请的科研机构为北京有色金属研究总院，其在1993年就提交了相关专利申请，随后10年内未进行进一步研发，而在2003年后又重新开始对合金系储氢材料进行研究，且近几年专利申请量明显增多。

在8家主要专利申请人中仅有两家公司，即三洋电机株式会社和比亚迪股份有限公司。三洋电机株式会社早在20世纪90年代就已经开始研究合金系储氢材料，抢占了该技术工业化应用的先机，且对该技术的发展和预期具有一定的前瞻性，因而在接下来的十多年里，提交了大量专利申请，说明随着市场对新能源的迫切需求，其已经加大了对储氢材料的研究，也反映出该企业对储氢材料的大规模工业化应用也日益推进，正成为该公司的支柱产业。而国内的比亚迪股份有限公司在2005年左右才开始着手研究储氢材料及提交专利申请，技术落后于国外企业，但年均专利申请量维持在较高水平。

从主要专利申请人的类型、国别的比较可以看出，我国早期对储氢材料的研究仅仅依靠国家科研项目扶持，还停留在理论层面，而对其进行工业化推广应用仍落后于国外企业。

产品研究占据优势

在所有的中国专利申请中，对于合金系储氢材料的研究主要集中在对产品的改进上，对合金系储氢材料制备方法的研究仅占产品的一半左右。而对于方法的改进主要涉及合成方法和改性方法，其中合成方法主要涉及机械合金化方法、氢化燃烧法等，对于合金系储氢材料的改性方法主要涉及对合金系储氢材料的表面处理，如包覆膜处理、还原处理、酸碱处理、表面修饰等，上述表面处理均可以改善合金系储氢材料的表面性能。相较于上述变化多样的产品改进，不论对于改性参数或是改性手段来讲，突破本领域传统合成和改性方法需要付出更多的创造性劳动，因此，方法类权利要求在数量上明显少于产品类权利要求。

对合金系储氢材料的产品和方法的研究均起步于20世纪80年代至90年代，随后保持逐渐递增的趋势。但两个技术类别又呈现出不同的特点，合金系储氢材料产品的专利申请量明显高于方法的专利申请量。国内关于合金系储氢材料产品的首次申请出现于1986年，此后，专利申请量有一定的下滑，自1990年开始，针对产品的专利申请开始逐渐增多，并在1994年出现了大幅增长，2008年专利申请量达到最大。针对合金系储氢材料方法的专利申请明显晚于涉及产品的专利申请，其首件专利申请出现于1990年，比产品的专利申请晚了4年，从1996年开始，国内涉及合金系储氢材料方法的专利申请开始逐渐增多，1998年出现了较大幅度的增长，并在2003年和2008年出现了专利申请量的两个高点。

新型材料成为主流

稀土系、Laves相、Ti-Fe系3种类型的储氢材料最早出现于1990年。稀土系储氢材料发展趋势与储氢材料整体发展趋势较为相似，专利申请量保持逐年递增的趋势，且在所有类型合金系储氢材料中专利申请量最大，这主要是由于稀土在我国储藏量较大，形成的合金系储氢材料具有储氢容量大、循环寿命长、成本较低、应用潜力大等优点，因而成为科研、工业化推广、商业化应用的主要储氢材料之一。

Laves相储氢材料仅在1998年、2003年、2006年的专利申请量较多，但是该类型材料每年均有一定量的专利申请，可见，Laves相储氢材料的寿命有一定持续性，这是由于其具有储氢能力强、放电容量高、易于活化的优点，显示了良好的产业化前景。但是Laves相储氢材料仍然存在一些问题，比如成本比较高、初始活化性能差等仍然制约着该储氢材料的研究，从而导致该类合金材料的专利申请量不大，投入较少。因此，降低成本及提高初始活化性能将成为今后研究的重点。

Ti-Fe系储氢材料的申请量较为平均，专利申请量不大，仅在1998年和2004年有一段较为集中的专利申请。这是由于Ti-Fe系储氢材料与氢的反应在P-C-T上出现两个平台，当成分不匀或偏离化学计量或被氧化时，储氢容量将明显降低，合金活化困难和抗杂质气体能力差的缺点制约了该类材料的大规模发展，仅存在一些相关的合金化和表面改性处理研究，进而在此期间内出现一些与此相关的专利申请。

纵观上述几类合金系储氢材料，笔者认为，稀土类合金材料是储氢材料的研究重点，该类技术专利申请量较大。伴随着科技进步，多元化合金系储氢材料如La-Mg-Ni系在近年将成为研究的主要方向，其专利申请量在近期跃居第一位。

通过以上分析可以看出，合金系储氢材料的中国专利申请趋势分为以下3个阶段，1986年至1993年为缓慢发展期，从1994年开始专利申请进入快速发展期，2008年达到专利申请量的最高峰，此后趋于稳定。

从专利申请的权利要求类型来看，产品比重占约2/3，说明通过结构与组成的变化，方法专利申请量的增长曲线比产品晚4年至5年，说明近些年工艺的改进也受到关注。合金系储氢材料中国专利申请中稀土类合金材料是储氢材料的研究重点，专利申请量较大。近年来，以La-Mg-Ni系为代表的多元化合金系储氢材料成为研究的主要方向之一，专利申请量也跃居第一位，这在一定程度上反映了未来一段时间内合金系储氢材料技术的发展方向。