氫燃料電動車輛全球專利的發展現況及其趨勢(上)

一、前言

因石油短缺及溫室效應，全球氣候異常的關係，無不與現階段的汽車所排放廢氣有關。因汽油燃燒所產生廢氣污染環境並破壞大氣層，故近代車廠無不尋找可替代汽油之能源，迄今已有豐碩的成果。而氫燃料電動車(Fuel Cell Vehicle)係採用燃電池作為電源，僅排放水蒸汽，是相當具環保的電動車。

另鑑於鋰電池電動續航距離較短、充電時間較長、鋰電池成本高的缺點，故一些汽車大廠結盟極力推動氫燃料電動車輛的發展。而豐田汽車（Toyota）已於今年2014年6月對外發表可量產氫燃料電動車輛，且氫的製造成本未來可望降至與燃油一樣的情況下。故可以預見，未來電動車輛勢必將成為氫燃料電池、鋰電池等兩大主流。

因此，本所針對歐洲專利資料庫（Espacenet）關於氫燃料電動車輛進行統計，藉以了解現階段氫燃料電動車輛全球專利的發展現況並瞭解其未來發展趨勢。

二、燃料電池的原理

關於燃料電池的運作，係氫氣由陽極進入，氧氣或空氣係由陰極進入，在經由催化作用，使陽極的氫原子分解成兩個氫質子，與兩個電子。其中氫質子穿透薄膜到陰極端，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極。在催化作用下，氫質子、氧與電子，於陰極發生反應形成水分子，水就成了燃料電池主要的排放物，副產物─熱為質子與電子傳導過程所形成。故，燃料電池的本體就是電池含有陰極與陽極，而電極間則為有離子傳導性的薄膜構成。

下圖為質子交換膜（PEM）燃料電池之示意圖，由兩片薄的多孔電極構成陽極與陰極，兩極之間以固態聚合物隔膜電解質隔離。每片電極的其中一面鍍有觸媒，以鉑為主成份。氫原子進入電池後（1），經陽極觸媒分解為電子與質子（2）。電子沿著外部電路流動，供電給驅動馬達（3）。質子同時透過隔膜（4）抵達陰極。陰極側的觸媒則將質子及回流的電子，與空氣中的氧結合而生成水與熱（5）。欲提高電壓，則將多組電池集結成電池組即可（6）。