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专利大数据分析——石墨烯产业(散热、燃料电池领域)

来源:湖北省知识产权局 发布时间: 2022-04-07 16:04:55 编辑:夕歌

导读:本文内容摘选自湖北省知识产权局2021年度产业专利信息分析服务项目《石墨烯产业专利分析、导航和布局规划》课题。

本文内容摘选自湖北省知识产权局2021年度产业专利信息分析服务项目《石墨烯产业专利分析、导航和布局规划》课题,该课题由武汉理工大学、武汉岱家山科技企业孵化器有限公司承担完成,主要研究内容包括石墨烯技术的专利整体情况分析,石墨烯散热技术领域专利检索分析与技术路线图规划,石墨烯燃料电池技术领域专利检索分析与技术路线图规划,以及核心专利分析,挖掘“沉睡专利”等,为我国石墨烯技术领域发展与创新规划提供参考,为湖北省石墨烯产业的发展规划提供依据。

石墨烯及衍生物由于独特的单原子结构,具有优良的导热和导电性能、高机械强度和良好的化学稳定性,非常适合作为导热、散热材料应用于新一代显示器件、大健康、环保、高端制造等国家战略性新兴产业。而且石墨烯被认为是电池电极材料和催化剂载体材料的理想选择,特别适用于燃料电池领域的应用。

本报告检索了石墨烯散热领域和燃料电池领域的相关专利,对专利技术进行全面挖掘、整理和分析,得出以下结论和建议。

石墨烯散热技术领域

从石墨烯散热领域的发展态势来看,目前中国的专利申请还处于上升阶段,专利数量占全球的65.85%。美国、韩国、日本、欧洲的专利申请已经过了高峰期,处于逐渐回落的阶段。

如图1-1所示,目前石墨烯散热技术的热点应用领域主要集中在:(1)电池领域;(2)LED领域;(3)IT产品领域;(4)半导体领域;(5)电子元器件领域;(6)显示装置领域。

通过对专利申请人的分析,如图1-2所示:在电池散热领域,韩国LG集团、三星集团、韩华石油化学株式会社,美国英特尔集团,法国阿科玛集团布局专利最多,中国在该方面处于劣势;在IT产品散热领域,中国华为集团、OPPO、京东方,美国谷歌,韩国三星集团的布局专利较多;在半导体散热领域,韩国三星集团,美国德州仪器公司,中国华为集团、杰群电子科技有限公司、东旭光电科技股份有限公司布局专利最多,韩国三星集团在该领域有绝对的优势;在LED散热领域,中国东莞闻宇实业有限公司、湖州明塑广电科技有限公司、东旭光电科技有限公司具有领先优势。从总体的技术影响力来看,三星集团、华为集团、环球石墨烯集团在该领域的专利具有较大的价值和影响力。

虽然中国申请石墨烯散热领域的专利数量占有绝对优势,但是专利质量整体不高,核心专利比较少,且海外专利技术布局相对较少。该领域的核心技术仍主要掌握在美国手中,美国的核心专利占比超过半数,其次是韩国、日本、中国、法国。近年来,美国、韩国和日本均开始加强在中国的专利布局,技术流出比例分别达到13.91%、5.25%、5.90%。

图1-1 全球石墨烯散热技术应用领域构成

图1-2 石墨烯散热技术应用领域重要专利申请人专利布局情况

石墨烯燃料电池领域

中国是拥有石墨烯燃料电池相关专利技术最多的国家,占全球份额的41.73%,目前仍处于快速发展阶段。韩国、日本和欧洲在该领域的发展均已进入技术成熟阶段,美国更是处于成熟期向衰退期过渡阶段。全球石墨烯燃料电池领域相关专利技术的生命周期如图2-1所示。

石墨烯燃料电池领域技术热点主要集中在以下几个方面,如图2-2所示:

1. 原材料:主要是氧化石墨烯、杂化石墨烯、多孔石墨烯和石墨烯粉体。此外,日本在石墨烯浆料的相关专利技术也较多。

2. 制备技术:主要是石墨烯掺杂改性、涂覆、沉积、真空、热解、化学氧化还原和水热合成。有别于其他国家/地区使用较多的石墨烯掺杂改性、沉积和涂覆技术,中国使用最多的是真空技术,其次是水热合成和石墨烯掺杂改性。

3. 燃料电池结构:主要用于燃料电池电极的催化剂层,用于电极导电剂、电极支撑结构、气体扩散层、集流体、电解质膜、双极板等结构的相关专利技术较为均衡。

4. 燃料电池类型:主要是质子交换膜燃料电池、金属-空气燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池、氢燃料电池和固体氧化物燃料电池。

5. 燃料电池功效改进:主要集中在提升导电、稳定、机械强度、催化等性能。此外,中国和美国还关注功率密度的提高,日本更侧重于研发燃料电池的耐热技术,欧洲则是重点提升燃料电池的质子传导能力。

通过对石墨烯燃料电池领域专利申请人的分析发现:在美国、韩国、日本和欧洲,企业的研发水平和成果数量处于领先地位,美国和韩国的高校、欧洲的科研院所也拥有较多专利,且重要申请人均进行了大量的海外布局,其中比较有代表性的包括:美国的麻省理工学院、莱斯大学和纳米技术仪器公司,韩国的现代汽车公司、LG化学公司和三星电子公司,日本的松下电器产业公司、半导体能源研究所和丰田汽车公司,欧洲的原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心和巴斯夫欧洲公司。与上述国家/地区相比,中国则是高校的研发水平和成果数量占据绝对优势,重要申请人有中国科学院大连化学物理所(如图2-3所示)、清华大学、成都新柯力化工科技有限公司等30位,但是基本没有进行海外布局,且专利申请质量整体偏低,造成了技术价值的损失。

图2-1 全球石墨烯燃料电池专利生命周期图

图2-2 全球石墨烯燃料电池领域专利技术类型

图2-3 中科院大连化学物理所石墨烯燃料电池领域相关专利分布

发展建议

中国在石墨烯散热和燃料电池领域技术发展速度很快,但是存在专利数量多、高价值专利不足、专利布局缺乏等问题。

在今后的发展中,需要从关注专利数量转变到切实重视专利质量的轨道上来,明确研发投入的质量导向,减少和弱化单纯强调专利申请数量的激励政策和措施,形成引导提升专利质量的有效方案。

应该积极组建产学研之间的专利联盟,整合上下游资源,建立石墨烯散热领域和燃料电池领域全产业链的知识产权保护体系,避免国内企业之间专利纠纷,抵御国外专利技术威胁。

同时要加强专利挖掘以及纵向和横向布局,加强技术领域的国际知识产权研究,提升专利价值和国际竞争力,为石墨烯散热领域和燃料电池领域的长远发展打下良好基础。