近日，歐洲專利局（EPO）和國際可再生能源署（IRENA）聯合發布《專利洞察報告：電解水制氫技術創新趨勢》，分析了近年來全球電解水制氫領域專利申請情況和此項技術的發展趨勢。
推廣氫能有助于應對氣候變化并遏制全球變暖進程，多國正在加速發展氫能產業，為生產、存儲和運輸氫能投入大量資金。電解水制氫是氫能生產的關鍵技術之一。在理想情況下，電解水制氫的原材料成本低廉、供應充足，應當僅使用可再生的水資源和電力。目前，各國正在著力開發電解水制氫技術，以提高電解裝置效率、降低制氫成本并擴大市場規模。
電解水制氫有望使氫能在全球能源轉型進程中發揮關鍵作用。使用氫能，特別是綠氫替代化石燃料，一些能源強度較高的產業有望實現去碳化。
2017年，電解水制氫領域的專利申請數量首次超越化石燃料制氫專利申請數量。此后，化石燃料制氫相關專利申請數量逐年減少。這說明國際社會對推進電解水制氫技術發展已達成共識，各國為此都制定了相關戰略。日本、美國、德國、法國和中國等國在電解水制氫領域處于領先地位。
要提高電解裝置效率、降低電解水制氫成本，需要推進技術創新。近年來，電解水制氫5個子技術領域的專利申請情況呈現出不同的趨勢。
1.電解槽結構和運行條件
優化電解槽結構和運行條件以提高制氫效率的相關技術備受關注。高溫高壓的運行條件有助于提高電解裝置的效率、增強耐用性并降低成本。2020年，高壓電解槽技術專利的申請數量較2016年翻了一番。
日本在此項子技術領域處于領先地位，僅東芝、松下和本田3家企業的相關專利申請數量就占該領域國際專利數量的17%。
2.電催化劑
非貴金屬電催化劑相關專利申請數量激增，說明研發重點正轉向通過降低材料稀缺性減少電解水制氫成本。材料稀缺性是造成電解水制氫成本高昂的原因，也是此項技術推廣的主要障礙，研究人員正在推動用非貴金屬材料替代稀缺材料。
2015年以來，非貴金屬電催化劑的國際專利數量穩步增加，有助于降低電催化劑材料成本。日本和美國在該領域最為活躍，兩國在該領域的國際專利申請數量占比達42%。
3.電解槽隔膜
質子交換膜（PEM，又稱聚合物電解質膜）專利申請最為活躍，該技術有助于增強電解槽的耐用性、延長使用壽命。使用更薄的膜可提高電解槽效率、減少耗電量，2010~2017年此項專利數量申請迅速增長。
4.電解槽電堆
對電極、雙極板和多孔輸送層等元件進行改造可降低電解槽成本。電解槽電堆單位面積電流密度越高，使用壽命越長、各組件成本越低，整體成本越低。2019~2020年，此項專利申請數量有所減少，其原因可能是該技術在減小電堆體積方面的進步空間已很小。
5.光電解
許多研究者正積極開發光電解技術，2015~2017年，光電解相關專利申請量大幅增加。光電解技術可一步完成發電和制氫兩項工作，有助于大幅降低制氫成本，但目前該技術尚不成熟，制氫效率不高。
電解水制氫技術研發的熱度將持續，這有助于進一步降低電解裝置成本并提高制氫效率和產能。技術創新將使綠氫更具成本競爭力，讓氫能在去碳化進程和能源轉型中發揮更大作用。
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