液流電池技術(shù)國(guó)際專利態(tài)勢(shì)分析

瞿海妮，馬廷燦，戴煒軼，李莉華，趙三姍

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液流電池技術(shù)國(guó)際專利態(tài)勢(shì)分析

瞿海妮1，馬廷燦2，戴煒軼2，李莉華1，趙三姍1

（1國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200122；2中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心，湖北武漢 300071）

液流電池技術(shù)作為一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，具備壽命長(zhǎng)、安全可靠等突出優(yōu)勢(shì)。本工作以液流電池技術(shù)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)液流電池技術(shù)相關(guān)專利的分析，揭示該技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)和專利申請(qǐng)活動(dòng)的特點(diǎn)，為我國(guó)在這一具有戰(zhàn)略重要性的儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域中的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)情報(bào)支撐。在調(diào)研液流電池技術(shù)研發(fā)概況的基礎(chǔ)上，利用Derwent Innovations Index（DII）數(shù)據(jù)庫(kù)檢索液流電池相關(guān)專利信息，并使用TDA、Innography等分析工具，從專利申請(qǐng)數(shù)量的年度變化趨勢(shì)、技術(shù)研發(fā)主題、主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家/地區(qū)、主要專利申請(qǐng)人等方面，對(duì)全球液流電池技術(shù)的整體專利態(tài)勢(shì)進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日本在該技術(shù)領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位，近年來(lái)全球液流電池的專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，并開始走向商業(yè)化應(yīng)用。

液流電池；釩電池；專利分析；知識(shí)產(chǎn)權(quán)

隨著人類對(duì)能源需求的與日俱增，以水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等為代表的可再生能源取得了極大的發(fā)展。但由于可再生能源發(fā)電具有不連續(xù)、不穩(wěn)定、不可控等特性，其規(guī)模化發(fā)展必須有先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)作為必要的支撐。因此，儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)日益受到高度重視，各種新型電化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)的研究開發(fā)不斷取得進(jìn)展。作為新一代儲(chǔ)能技術(shù)，液流電池技術(shù)得到了飛速發(fā)展。特別是全釩液流電池技術(shù)，因其具有壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠等突出優(yōu)勢(shì)，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。

液流電池一般是通過(guò)液態(tài)活性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換與能量存儲(chǔ)，因此也常稱為“氧化還原液流電池”。液流電池的活性物質(zhì)是具有流動(dòng)性的液體電解質(zhì)溶液。它可以存儲(chǔ)在電堆外部并通過(guò)泵輸送到電池內(nèi)反應(yīng)。電池內(nèi)的正、負(fù)極電解液由離子交換膜隔開，在充、放電過(guò)程中，電解液中的活性物質(zhì)離子在惰性電極表面發(fā)生價(jià)態(tài)的變化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放[1-3]。根據(jù)活性物質(zhì)的不同，液流電池可分為全釩、鋅-溴、多硫化鈉-溴、鐵-鉻等多種技術(shù)路線。

液流電池具有以下特點(diǎn)：①儲(chǔ)能容量規(guī)模易調(diào)節(jié)，適于大規(guī)模儲(chǔ)能；②液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)選址自由度大，維護(hù)簡(jiǎn)單，操作成本低；③電解質(zhì)溶液為水溶液，電池系統(tǒng)無(wú)潛在的爆炸、著火危險(xiǎn)，安全性高。液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為高效的儲(chǔ)能裝置有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)潛力。如液流電池在可再生能源發(fā)電和智能電網(wǎng)建設(shè)中將會(huì)有重大需求，可用于電動(dòng)汽車充電站，也可用作國(guó)家重要部門的備用電源以及通訊基站電源等[4-6]。

在液流電池研究開發(fā)過(guò)程中，需要加強(qiáng)液流儲(chǔ)能電池關(guān)鍵材料（如電解液、離子交換膜、電極材料等）及電池結(jié)構(gòu)的研究，提高電池可靠性和耐久性。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行關(guān)鍵材料的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)開發(fā)，進(jìn)一步降低成本，并且積極開展應(yīng)用示范，為液流儲(chǔ)能電池的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[1,7-8]。

本工作以液流電池技術(shù)為研究對(duì)象，在文獻(xiàn)調(diào)研和專家咨詢的基礎(chǔ)上，對(duì)液流電池技術(shù)專利進(jìn)行系統(tǒng)檢索、分析，力求全面、客觀地展現(xiàn)全球液流電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)態(tài)勢(shì)和專利保護(hù)現(xiàn)狀，為該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)決策、產(chǎn)業(yè)化布局提供參考意見。通過(guò)檢索DII專利數(shù)據(jù)庫(kù)，共得到液流電池技術(shù)相關(guān)專利（族）2800多項(xiàng)。本工作主要從專利申請(qǐng)量的時(shí)間趨勢(shì)、技術(shù)主題、申請(qǐng)/受理國(guó)家與地區(qū)、重點(diǎn)專利申請(qǐng)人等方面對(duì)液流電池技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)＠麘B(tài)勢(shì)進(jìn)行分析。

1 液流電池技術(shù)國(guó)際專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

液流電池技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)始于20世紀(jì)60年代。如在1967年，美國(guó)的JAN Boeke就申請(qǐng)了兩件關(guān)于液流電池及其在汽車中應(yīng)用的專利。1968年，英國(guó)的Electricity Council及以色列的Dead Sea Works公司聯(lián)合申請(qǐng)了鋅溴液流電池；美國(guó)通用電氣公司申請(qǐng)了關(guān)于利用液流電池測(cè)量氣體分壓的專利。美國(guó)NASA于20世紀(jì)70年代起也開展了液流電池技術(shù)相關(guān)研究，NASA Lewis研究中心的THALLER曾提出Fe-Ti和Fe-Cr體系液流電池，制備了最早的Fe-Cr液流電池，并申請(qǐng)了相關(guān)專利，但在20世紀(jì)80年代中期終止了相關(guān)研究。

從專利數(shù)量隨申請(qǐng)年的變化趨勢(shì)（圖1）來(lái)看，1967年出現(xiàn)最早的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)，此后的10多年中相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量一直很少。直到進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著日本機(jī)構(gòu)的大舉進(jìn)入，相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量才開始出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的增長(zhǎng)，并呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)趨勢(shì)。但受制于技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用瓶頸，到了80年代末期，相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量開始下降，并在此后的大約10年中振蕩不前。90年代末，相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量恢復(fù)到80年代中后期的水平，但在隨后大約10年中又沒(méi)有實(shí)質(zhì)性增長(zhǎng)。一直到近幾年，隨著中國(guó)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量的激增，全球液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)才迎來(lái)爆發(fā)，標(biāo)志著液流電池技術(shù)逐步成熟，并開始走向商業(yè)化應(yīng)用。

（數(shù)據(jù)檢索時(shí)間為2015年12月15日。由于收錄滯后等原因，故2014、2015年的數(shù)據(jù)會(huì)小于實(shí)際數(shù)據(jù)，下文同）

圖2、圖3分別給出了液流電池專利技術(shù)發(fā)明人及其相關(guān)技術(shù)條目（基于IPC）的年度變化情況。可以看出，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，特別是2009～2013年間，每年都有大量的新發(fā)明人進(jìn)入液流電池技術(shù)領(lǐng)域，該領(lǐng)域每年也都有一定數(shù)量的新技術(shù)條目出現(xiàn)（新發(fā)明人是指新進(jìn)入該領(lǐng)域的專利發(fā)明人；新技術(shù)條目是指基于IPC號(hào)統(tǒng)計(jì)，新出現(xiàn)在該領(lǐng)域的IPC號(hào)）。相關(guān)發(fā)明人總量和技術(shù)條目總量的變化趨勢(shì)與專利申請(qǐng)數(shù)量的變化趨勢(shì)基本一致，反映出在近幾年來(lái)，該技術(shù)領(lǐng)域匯聚了大量的研究人員，技術(shù)研發(fā)取得較大進(jìn)展，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。進(jìn)一步表明液流電池技術(shù)已經(jīng)開始走向成熟，迎來(lái)商業(yè)化階段。

2 液流電池技術(shù)國(guó)際專利技術(shù)主題分析

國(guó)際專利分類（IPC）是國(guó)際通用的、標(biāo)準(zhǔn)化的專利技術(shù)分類體系，蘊(yùn)含著豐富的專利技術(shù)信息。通過(guò)對(duì)液流電池技術(shù)專利的IPC進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以準(zhǔn)確、及時(shí)地獲取該領(lǐng)域涉及的主要技術(shù)主題和研發(fā)重點(diǎn)。

本次檢索到的2800多項(xiàng)液流電池技術(shù)專利共涉及1000多個(gè)IPC分類號(hào)。表1列出了液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)量大于50項(xiàng)的IPC分類號(hào)及其申請(qǐng)情況，這些分類號(hào)涵蓋了2400多項(xiàng)專利，約占全部分析專利的85%?？梢钥闯?，液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)主要集中在以下方面：①電解質(zhì)/電解液的制備，特別是用于釩電池的；②電極材料選擇及制備方法；③離子交換膜隔膜（材料及制備方法）；④電池模塊成組技術(shù)；⑤電池控制管理技術(shù)，包括充放電控制等；⑥液流電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等；⑦電池檢測(cè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)（G01R—31/36）等。

表1 液流電池技術(shù)主題布局及申請(qǐng)情況（申請(qǐng)量>50項(xiàng)）

注：由于2015年的專利申請(qǐng)多數(shù)都尚未公開，近4年指的是2011年、2012年、2013年、2014年。

3 液流電池技術(shù)國(guó)際專利申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布

圖4給出了液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量最多的前8個(gè)國(guó)家以及相關(guān)專利受理數(shù)量較多的幾個(gè)國(guó)家/機(jī)構(gòu)（專利受理機(jī)構(gòu)包括：世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和歐洲專利局）。從專利申請(qǐng)數(shù)量可以看出，全球液流電池相關(guān)專利技術(shù)的研發(fā)主要集中在中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞以及奧地利等。其中，中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)5國(guó)的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量占到全球申請(qǐng)總量的90%以上，特別是中國(guó)、日本和美國(guó)3國(guó)就占到全球申請(qǐng)總量的80%以上。從專利受理數(shù)量來(lái)看，中國(guó)、日本和美國(guó)3國(guó)受理的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量也是位列前3，全球85%以上的液流電池技術(shù)專利都在這3個(gè)國(guó)家的一個(gè)或幾個(gè)申請(qǐng)了專利保護(hù)，可見中國(guó)、日本和美國(guó)不僅是液流電池技術(shù)的主要研發(fā)國(guó)家，也是最重要的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。

世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織受理的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量位列美國(guó)（專利與商標(biāo)局）之后。約有1/5的液流電池技術(shù)專利采用了PCT申請(qǐng)途徑，以加快在全球的布局。歐洲專利局、韓國(guó)以及加拿大等受理的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量也比較多，表明這些地區(qū)也是液流電池技術(shù)重要的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。

圖5給出了主要國(guó)家/地區(qū)液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量的年度變化情況。可以看出，日本的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)起步很早，而且從20世紀(jì)80年代初期開始一直到2005年前后，其年度專利申請(qǐng)量幾乎都占到全球年度申請(qǐng)總量的一半以上，是全球總體變化趨勢(shì)的主導(dǎo)力量，但是近年來(lái)的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)速度不及中國(guó)、美國(guó)和韓國(guó)；美國(guó)的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)雖然起步早于日本，但自從20世紀(jì)80年代初期日本機(jī)構(gòu)大舉進(jìn)入后，其相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量一直沒(méi)有明顯的持續(xù)增長(zhǎng)，而且與日本一直有較大的差距，直到近幾年才開始快速增長(zhǎng)，并超過(guò)日本；德國(guó)的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)起步也較早，但相對(duì)日本和美國(guó)，其相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量一直較少；相對(duì)于日本、美國(guó)和德國(guó)，中國(guó)進(jìn)入液流電池技術(shù)領(lǐng)域較晚，不過(guò)進(jìn)入21世紀(jì)后，特別是2008年以來(lái)相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量急劇增長(zhǎng)，迅速超過(guò)日本和美國(guó)，成為目前全球最大的液流電池技術(shù)研發(fā)和專利申請(qǐng)國(guó)以及全球最大的液流電池技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)。韓國(guó)進(jìn)入液流電池技術(shù)領(lǐng)域更晚，不過(guò)近年來(lái)的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)也很快。

4 液流電池技術(shù)國(guó)際專利權(quán)人分析

表2列出了全球液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)不少于15項(xiàng)的一些機(jī)構(gòu)及其專利申請(qǐng)的時(shí)間分布情況。表3給出了主要液流電池技術(shù)專利權(quán)人的專利技術(shù)區(qū)域保護(hù)情況。

表2 主要液流電池技術(shù)專利權(quán)人及其專利申請(qǐng)時(shí)間分布情況

注：在“類型”屬性中，“?”代表企業(yè)性質(zhì)，“D”代表非企業(yè)性質(zhì)的專利權(quán)人

表3 主要液流電池技術(shù)專利權(quán)人的專利技術(shù)區(qū)域保護(hù)情況

從機(jī)構(gòu)類型來(lái)看，除了中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)清華大學(xué)、日本產(chǎn)綜研、韓國(guó)能源研究院、韓國(guó)電子技術(shù)研究所等少數(shù)幾家科研機(jī)構(gòu)和高校外，其它絕大多數(shù)液流電池技術(shù)專利權(quán)人均為企業(yè)?？梢钥闯?，液流電池技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研發(fā)與專利申請(qǐng)主要是由企業(yè)主導(dǎo)。不過(guò)，相比其它幾個(gè)主要國(guó)家，科研機(jī)構(gòu)和高校在我國(guó)液流電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是在通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作推動(dòng)我國(guó)相關(guān)技術(shù)快速進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。

從國(guó)別來(lái)看，液流電池技術(shù)主要相關(guān)專利權(quán)人中，來(lái)自中國(guó)和日本的機(jī)構(gòu)數(shù)量最多，其次是美國(guó)和韓國(guó)。具體來(lái)看，日本液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量較多的機(jī)構(gòu)包括住友電氣、明電舍、關(guān)西電力、三菱化學(xué)、豐田、東洋紡、Kashima-Kita電力、產(chǎn)綜研、德山株式會(huì)社、旭化成、日立等。其中，目前在液流電池技術(shù)仍然比較活躍的機(jī)構(gòu)僅有住友電氣、豐田、東洋紡和旭化成等少數(shù)幾家機(jī)構(gòu)，而明電舍、關(guān)西電力、三菱化學(xué)、Kashima-Kita電力、產(chǎn)綜研、德山株式會(huì)社、日立等其它多數(shù)機(jī)構(gòu)在2008年后都沒(méi)有相關(guān)專利申請(qǐng)，特別是明電舍和產(chǎn)綜研在2000年后就已經(jīng)都沒(méi)有再申請(qǐng)相關(guān)專利?？傮w來(lái)看，日本相關(guān)主要機(jī)構(gòu)都比較重視在全球范圍內(nèi)的專利布局保護(hù)。住友電氣是日本乃至全球在液流電池技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)軍技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)解決方案供應(yīng)商，其專利申請(qǐng)涵蓋液流電池技術(shù)領(lǐng)域的各方面，并在全球主要市場(chǎng)區(qū)域都進(jìn)行了很好的布局，有較深的技術(shù)積累，特別是在液流電池電解質(zhì)/電解液和控制管理系統(tǒng)方面領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)明顯。

中國(guó)液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量較多的機(jī)構(gòu)主要有中國(guó)科學(xué)院、大連融科、東方電氣、國(guó)家電網(wǎng)、深圳金釩能源、清華大學(xué)、中國(guó)人民解放軍63971部隊(duì)、攀鋼集團(tuán)、北京百能匯通科技、安徽美能儲(chǔ)能、成都天宇創(chuàng)新科技、湖南維邦新能源等。相比日本機(jī)構(gòu)，中國(guó)機(jī)構(gòu)進(jìn)入液流電池技術(shù)領(lǐng)域普遍較晚。除中國(guó)科學(xué)院和攀鋼集團(tuán)外，其它機(jī)構(gòu)基本都是在2005年，甚至是2008年以后才開始提出相關(guān)專利申請(qǐng)的。雖然中國(guó)科學(xué)院、大連融科、東方電氣、國(guó)家電網(wǎng)、深圳金釩能源、清華大學(xué)等幾個(gè)重點(diǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)其相關(guān)技術(shù)也都進(jìn)行了一定的國(guó)外布局保護(hù)，但保護(hù)力度明顯弱于日本相關(guān)主要機(jī)構(gòu)。目前，我國(guó)已經(jīng)成為液流電池技術(shù)領(lǐng)域全球第一大專利受理國(guó)和申請(qǐng)國(guó)。未來(lái)，我國(guó)要想真正成為液流電池技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)和主導(dǎo)國(guó)家，將我國(guó)相關(guān)技術(shù)推向全球，相關(guān)機(jī)構(gòu)亟需加強(qiáng)相關(guān)專利技術(shù)的國(guó)外布局保護(hù)。

如前所述，雖然液流電池技術(shù)最早起源于美國(guó)，但自從20世紀(jì)80年代初期后，其相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量一直沒(méi)有明顯的持續(xù)增長(zhǎng)，也是大致從2008年才開始快速增長(zhǎng)。美國(guó)液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量較多的機(jī)構(gòu)有美國(guó)聯(lián)合技術(shù)公司、Imergy 電力系統(tǒng)公司（原名迪亞能源）、洛克希德馬丁、Primus電力、EnerVault公司等。與中國(guó)的情況類似，美國(guó)目前該領(lǐng)域比較活躍的機(jī)構(gòu)基本也都是2005年以后才開始申請(qǐng)液流電池技術(shù)專利的，而且相關(guān)專利申請(qǐng)絕大多數(shù)也都是集中在2008年以來(lái)。不過(guò)，美國(guó)的這些機(jī)構(gòu)都非常重視其相關(guān)專利技術(shù)在全球主要市場(chǎng)國(guó)家的布局保護(hù)，而且多數(shù)機(jī)構(gòu)都有自己的特長(zhǎng)和專攻。如聯(lián)合技術(shù)公司的研究創(chuàng)新機(jī)構(gòu)——聯(lián)合技術(shù)研究中心開發(fā)的Pure Storage液流電池儲(chǔ)能技術(shù)瞄準(zhǔn)公用事業(yè)設(shè)備和可再生能源電力轉(zhuǎn)換，致力于提供可靠的備用電力，憑借“以傳統(tǒng)液流電池5～10倍的功率密度提供安全、高能效和易于部署的電能存儲(chǔ)”的能力，被行業(yè)專家和《R&D》雜志授予2013年度“R&D 100”大獎(jiǎng)[9]。再如Imergy 電力系統(tǒng)公司通過(guò)循環(huán)再利用礦業(yè)廢渣、油田污泥等環(huán)境廢料中的釩，生產(chǎn)高性能的釩液流電池，不僅降低了成本，還提高了儲(chǔ)能電池的性能[10]。Primus電力則在鋅氯液流電池、鋅/溴液流電池等方面有所專攻。

韓國(guó)的主要液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)包括韓國(guó)能源研究院、三星、樂(lè)天化學(xué)、韓國(guó)電子技術(shù)研究所、韓國(guó)OCI公司等。韓國(guó)主要機(jī)構(gòu)進(jìn)入液流電池技術(shù)領(lǐng)域的時(shí)間普遍很晚，基本都是2008年后才開始進(jìn)入的。韓國(guó)機(jī)構(gòu)相關(guān)專利技術(shù)的全球保護(hù)力度不及美國(guó)，與日本接近，優(yōu)于我國(guó)。

5 結(jié)論與啟示

5.1 結(jié) 論

液流電池技術(shù)的研究至今已有四五十年的歷史，相關(guān)專利申請(qǐng)始于20世紀(jì)60年代，但在隨后的二三十年中，相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展緩慢、市場(chǎng)應(yīng)用需求不足，表現(xiàn)為專利申請(qǐng)數(shù)量沒(méi)有持續(xù)的大幅增長(zhǎng)，而且相關(guān)技術(shù)研發(fā)及專利申請(qǐng)長(zhǎng)期由日本機(jī)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位。直到進(jìn)入21世紀(jì)后，特別是近年來(lái)，在強(qiáng)大的社會(huì)需求和巨大的潛在市場(chǎng)的推動(dòng)下，隨著作為液流電池技術(shù)領(lǐng)域目前主流技術(shù)的釩電池技術(shù)的不斷成熟以及中國(guó)機(jī)構(gòu)和美國(guó)機(jī)構(gòu)的大舉進(jìn)入，液流電池作為一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)才迎來(lái)蓬勃發(fā)展時(shí)期，并開始走向商業(yè)化應(yīng)用。

目前，液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)主要集中在以下方面：①電解質(zhì)/電解液的制備，特別是用于釩電池的；②電極材料選擇及制備方法；③離子交換膜隔膜（材料及制備方法）；④電池模塊成組技術(shù)；⑤電池控制管理技術(shù)，包括充放電控制等；⑥液流電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等；⑦電池檢測(cè)及監(jiān)測(cè)技術(shù)等。其中，高穩(wěn)定性電解液、高選擇性低成本離子交換膜、高反應(yīng)活性電極等關(guān)鍵材料的低成本、批量化制備技術(shù)仍是液流電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化必須的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。相應(yīng)地，液流電池技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)包括：更高的電解液穩(wěn)定性、更好的離子交換膜選擇性、更強(qiáng)的電極反應(yīng)活性以及更低成本的批量化制備技術(shù)。

目前，全球液流電池技術(shù)的研發(fā)主要集中在中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó)，特別是中國(guó)、日本和美國(guó)3國(guó)的液流電池技術(shù)專利申請(qǐng)量占到全球申請(qǐng)總量的80%以上。

日本住友電氣目前仍是全球液流電池技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)軍技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)解決方案供應(yīng)商。2015年底，日本住友電氣工業(yè)在安平町南早來(lái)變電站建設(shè)的大型蓄電池系統(tǒng)完成，額定輸出功率為15 MW，容量為60 MW·h，是投入使用的世界最大規(guī)模氧化還原液流蓄電池[10]。中國(guó)、美國(guó)和韓國(guó)目前在液流電池技術(shù)領(lǐng)域比較活躍的主要機(jī)構(gòu)基本都是近10年才開始進(jìn)入該領(lǐng)域的，而且相關(guān)專利申請(qǐng)絕大多數(shù)也都集中在2008年以來(lái)。從專利技術(shù)的全球保護(hù)力度來(lái)看，美國(guó)機(jī)構(gòu)表現(xiàn)最為突出，日本和韓國(guó)機(jī)構(gòu)表現(xiàn)較好，中國(guó)機(jī)構(gòu)表現(xiàn)較差。

5.2 啟 示

近年來(lái)，在大規(guī)模社會(huì)需求推動(dòng)下，液流電池得到了快速發(fā)展。特別是全釩液流電池技術(shù)因其具有壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠等突出優(yōu)勢(shì)，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。我國(guó)釩礦資源豐富（釩儲(chǔ)量和產(chǎn)量均位列全球首位），通過(guò)自主研發(fā)及跨國(guó)整合，目前我國(guó)已掌握了釩電池的全部關(guān)鍵技術(shù)[11]。目前，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的液流電池技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)國(guó)與受理國(guó)。我國(guó)機(jī)構(gòu)已成功開發(fā)了5 MW/10 MW·h大規(guī)模的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，我國(guó)科學(xué)家組織研究制定國(guó)際上液流電池標(biāo)準(zhǔn)體系[4, 12-13]。

與全球總體情況大致相同，目前企業(yè)是我國(guó)液流電池技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)的主力軍。但與日本、美國(guó)等其它國(guó)家不同，科研機(jī)構(gòu)和高校在我國(guó)液流電池技術(shù)的早期研發(fā)中發(fā)揮了引領(lǐng)作用，并通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作推動(dòng)我國(guó)相關(guān)技術(shù)快速進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)化蓬勃發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。目前，我國(guó)政府層面與產(chǎn)業(yè)界以及學(xué)術(shù)界均認(rèn)為液流電池，特別是釩液流電池在我國(guó)具有很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。我國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)和部門應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)液流電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃與布局：通過(guò)國(guó)家政策和項(xiàng)目的引導(dǎo)和資助，鼓勵(lì)官產(chǎn)學(xué)研合作，發(fā)揮我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和高校的技術(shù)研發(fā)特長(zhǎng)以及企業(yè)在資金及市場(chǎng)把控方面的優(yōu)勢(shì)，合力推進(jìn)我國(guó)液流電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用取得新的突破；控制低水平、同質(zhì)化的專利申請(qǐng)，引導(dǎo)部分重點(diǎn)科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)加強(qiáng)專利總體布局，建立申請(qǐng)-授權(quán)-轉(zhuǎn)讓的知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)通道，打通技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化間的阻塞環(huán)節(jié)；激勵(lì)我國(guó)機(jī)構(gòu)更多主導(dǎo)、參與相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，并積極將我國(guó)的專利技術(shù)，特別是特有的核心專利技術(shù)嵌入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升我國(guó)在液流電池技術(shù)領(lǐng)域的綜合核心競(jìng)爭(zhēng)力、影響力及國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，為我國(guó)液流電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

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The analysis of international patents in flow cell technology

QU Haini1,MA Tingcan2,DAI Weiyi2,LI Lihua1,ZHAO Sanshan1

(1Shanghai Electric Power Research Institute, Shanghai 200122, China;2Wuhan Literature and Information Center of the Chinese Academy of Sciences, Wuhan 300071, Hubei, China)

Flow batteries are used mainly for large-scale energy storage, which have a great number of outstanding advantages, including long lifespan and high safe reliability. In order to reveal the development features of this technology and provide intellectual property strategy support for our country, we study the international patents in flow cell technology. The patent information in this article is gathered from the Derwent Innovation Index (DII). By using the method of literature investigation, we summarize the overview of the flow cell technology development. Then we analyze the trend of the patent application number, the layout of the technology, the situation of patent applications on flow cell in the main countries or regions, and the significant patentees by using the analysis tools—TDA and innography. As a result, we find that Japan takes the lead in this sector, and the dramatic rise in patent application number recently shows the gradually mature of flow cell technology.

flow cell; vanadium battery; patent analysis; intellectual property

10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0018

TM 911

A

2095-4239（2016）06-926-09

2016-03-09；修改稿日期：2016-05-26。

瞿海妮（1981—），女，博士，情報(bào)咨詢工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能電網(wǎng)、需求側(cè)管理技術(shù)等，E-mail：hattiequ@126.com；通訊聯(lián)系人：馬廷燦，副研究員，研究方向?yàn)橹R(shí)產(chǎn)權(quán)情報(bào)研究、科學(xué)評(píng)價(jià)，E-mail：matc@whlib.ac.cn。