燃料动力电池专利地图研究（一）

燃料动力电池是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术，也是目前唯一同时兼具无污染、高效率、适用广、无噪声和可持续工作的动力装置，被认为是21世纪最有发展前景的高效清洁发电技术。与生物燃料、风力发电、太阳能这三种新能源产业相比，燃料动力电池目前市场规模还较小，但今后10年内的发展速度将非常惊人，预计2017年市场规模将是2007年的10倍以上，达到160亿美元。

目前，燃料动力电池的应用重要集中在三大领域：燃料动力电池应用于机动车、燃料动力电池应用于便携式设备和燃料动力电池应用于固定式发电站。其中，便携式设备应用的是燃料动力电池所有应用领域中，有可能最先实现产业化的应用。本系列文章拟通过5篇连载，聚焦燃料动力电池便携式设备应用领域，在文献调研的基础上，绘制专利地图开展专利分析，以期得出对产业发展有价值的结论。

发展概述

手机、pDA、笔记本电脑……越来越多的便携式电子设备开始进入我们的生活。但是，关于这些形形色色的移动电子设备而言，无论功能有多丰富，性能表现有多出色，它们大多只能运行短短的几个小时，然后就因为没电而罢工。一旦在移动场合下遭遇到电池耗尽的情况，这些平时的宠儿顿时成为废物和旅行的累赘。随着便携式电子设备功能的不断增多，对电源的需求也越来越大。对此，除了电子设备厂商们改进设备本身的设计，提高省电性能以外，电池厂商们关于更持久电源的研究也从未停息过。关于更高性能电池的研究，过去重要集中在传统锂离子电池的改进上，力图使其在体积和重量不变的情况下供应更长的使用时间。

数年前，一种可以应用在这些便携式设备上的燃料动力电池问世，其应用通常可涉及三大领域：家用数码产品，如笔记本电脑、pDA、GpS、手机等；工业用便携式仪器，如手持式数据采集设备、便携式应急灯、便携式医疗装置、便携式发电机等；特种便携式装备，如特种GpS、步兵综合信息系统、夜视仪、特种便携式通讯系统等。如今，燃料动力电池作为一种更持久的供电技术，已处在实用化的边缘。燃料动力电池供电的化学反应原理比锂离子电池简单，典型的就是甲醇和空气中的氧直接发生反应。由于这种电池供应的电量充裕、燃料廉价，而且充电过程很快（只需加注燃料即可完成）、环保特性显著，在最近几年倍受关注。

1)技术优势

便携式燃料动力电池应用重要有三种技术路线：一种是采用直接甲醇燃料动力电池（DMFC）技术，它是人们最为关注的用作移动电源的燃料动力电池之一，使用甲醇溶液作燃料，通过DMFC直接获取电能。使用甲醇的优点是燃料来源丰富，存储方便，价格便宜。目前DMFC技术所面对的技术难题，一是甲醇在电解质膜中的渗透，会使燃料利用率和电池电位降低；二是甲醇电极反应活性不高，即使采用比pEMFC高得多的铂载量，电池性能也还是很低。另一种方法是采用质子交换膜燃料动力电池（pEMFC）技术，利用氢气作为燃料，采用物理或化学的方法储氢，例如金属氢化物储氢、纳米碳材料储氢或硼氢化钠储氢等，这样可以获得很好的燃料动力电池性能，其重要的技术难点是氢气的来源与存储的问题。第三种种途径是采用微型重整器，用甲醇重整制氢，净化处理后供给pEMFC，为便携设备供电。例如卡西欧公司就展示过使用微型重整器的pEMFC笔记本电脑。

燃料动力电池在便携式应用中技术上也面对许多挑战。首先，燃料动力电池小型化使工程技术的难度陡然加剧，一方面要将电池的尺寸及成本尽量降到最小，另一方面还要在充分供电和使用便利之间取得平衡。其次，在微小的容积空间内储存化学试剂不是一件容易的事，要使燃料循环就更复杂。再次，许多技术问题有待进一步解决，例如燃料渗透、泄漏、电池过热、腐蚀、电池寿命等。当然，决定燃料动力电池在便携式应用领域能否成功除了技术难题外，最重要的是成本问题。新结构、新材料的开发和使用、规模化生产以及先进的管理等方面将会使燃料动力电池价格进一步降低，在性价比上对二次电池形成优势才能使广泛应用成为可能。

2)市场规模及预测