氢燃料电动车辆全球专利的发展现况及其趋势(上)

一、前言

因石油短缺及温室效应，全球气候异常的关系，无不与现阶段的汽车所排放废气有关。因汽油燃烧所产生废气污染环境并破坏大气层，故近代车厂无不寻找可替代汽油之能源，迄今已有丰硕的成果。而氢燃料电动车(Fuel Cell Vehicle)系采用燃电池作为电源，仅排放水蒸汽，是相当具环保的电动车。

另鉴于锂电池电动续航距离较短、充电时间较长、锂电池成本高的缺点，故一些汽车大厂结盟极力推动氢燃料电动车辆的发展。而丰田汽车（Toyota）已于今年2014年6月对外发表可量产氢燃料电动车辆，且氢的制造成本未来可望降至与燃油一样的情况下。故可以预见，未来电动车辆势必将成为氢燃料电池、锂电池等两大主流。

因此，本所针对欧洲专利数据库（Espacenet）关于氢燃料电动车辆进行统计，藉以了解现阶段氢燃料电动车辆全球专利的发展现况并了解其未来发展趋势。

二、燃料电池的原理

关于燃料电池的运作，系氢气由阳极进入，氧气或空气系由阴极进入，在经由催化作用，使阳极的氢原子分解成两个氢质子，与两个电子。其中氢质子穿透薄膜到阴极端，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在催化作用下，氢质子、氧与电子，于阴极发生反应形成水分子，水就成了燃料电池主要的排放物，副产物─热为质子与电子传导过程所形成。故，燃料电池的本体就是电池含有阴极与阳极，而电极间则为有离子传导性的薄膜构成。

下图为质子交换膜（PEM）燃料电池之示意图，由两片薄的多孔电极构成阳极与阴极，两极之间以固态聚合物隔膜电解质隔离。每片电极的其中一面镀有触媒，以铂为主成份。氢原子进入电池后（1），经阳极触媒分解为电子与质子（2）。电子沿着外部电路流动，供电给驱动马达（3）。质子同时透过隔膜（4）抵达阴极。阴极侧的触媒则将质子及回流的电子，与空气中的氧结合而生成水与热（5）。欲提高电压，则将多组电池集结成电池组即可（6）。