基于專利數據的固態儲氫技術創新態勢分析

關鍵詞：固態儲氫；專利分析；創新態勢；技術布局

中圖分類號：TM912 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）11-0130-08

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.11.026

Analysis of the Innovation Trend of Solid-state Hydrogen Storage TechnologyBased on PatentData

JING Yaqi LUO Zhengjun （Guizhou Information Institute of Science and Technology， Guiyang 55oooo， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to analyze the innovation trends of solid-state hydrogen storage technology，identifies its technological trends，competitive landscape，and weaknesses in the industrial chain，soas to provide a basis for policy formulation and technological innova - tion in China's hydrogen energy industry.[Methods] This study analyzes global patent data on solid-state hydrogen storage technology retrieved based on the incoPat patent database，explore regional distribution，evolutionary trends， key innovators，and technological composition and analyzes the innovation situation of global solid-state hydrogen storage technology. [Findings] Patent layouts of solid-state hydrogen storage technology exhibit significant regional clustering characteristics，with East Asian region， especially Japan and China， dominating the field.The volume of patent applications has evolved through three phases over time： early exploration，rapid growth，and steady development.In termsof major innovators，Japan is led by enterprises，while China is dominated by universities and research institutions.The technological focus is heavily concentrated in CO1B （preparation of non-metallic elements and their compounds）， C22C （composition and preparation technology of alloys），and HO1M （bateriesand electrochemical energy conversion）. China has made significant progress in the fields of CO1Band C22C，but stilllagsbehind Japan in H01M technology.[Conclusions] In the future，technological innovation insolid-state hydrogen storage will remain active.China should accelerate the development of an independent and controllable hydrogen energy industrial chain，making efforts in four aspects：technology research and development，industrial collaboration，international partnerships，and policy safeguards.

Keywords： solid-state hydrogen storage; patent analysis; innovation trends; technology layout

0 引言

作為實現“碳中和”目標的重要能源載體，氫能在全球能源轉型中的地位日益凸顯。得益于高能量密度、零排放及多場景適用性等優勢，氫能已經成為交通、工業及電力領域脫碳的重要選擇。隨著全球對清潔能源需求的不斷增長，氫能產業投資規模持續擴大，各國紛紛出臺政策布局氫能發展，如中國的《氫能產業發展中長期規劃（2021一2035）》、美國的《國家清潔氫能戰略和路線圖》、日本的“氫能社會\"計劃等，均彰顯了氫能在未來能源體系中的戰略地位[1]。

氫能儲運作為氫能產業發展的關鍵環節，重要性不言而喻。而固態儲運技術憑借高儲氫密度、高安全性及適應分布式儲能等優勢，成為突破傳統儲氫方式的關鍵。然而，當前固態儲氫技術仍面臨材料成本高、循環壽命短等產業化難題2，制約了氫能的大規模應用。因此，加強固態儲氫技術研發，提升技術自主化水平，成為推動我國氫能產業高質量發展的關鍵[3]。

專利分析是研判技術趨勢與競爭風險的重要手段之一。通過專利數據對全球氫能產業競爭格局進行分析，可以精準識別技術空白點、產業鏈短板及國際競爭態勢，為制定科學合理的產業發展策略提供有力支撐[4]。同時，專利分析還有助于規避國際技術壟斷風險，推動我國氫能產業在國際競爭中占據有利地位。

1發展概況

本研究數據來源于incoPat專利數據庫，檢索關鍵詞、IPC分類號和專利檢索式參考國家知識產權局發布的《氫能產業技術分類與國際專利分類IPC對照及檢索應用》，專利數據覆蓋中國、美國、日本、韓國、德國等國家在內的全球170個國家和地區，檢索時間截至2024年12月31日，共計得到10426項專利。

1.1專利申請分布情況

固態儲氫技術的專利布局呈現顯著的區域集聚特征。從全球范圍看，中國、日本和韓國構成的東亞地區占據主導地位，三國專利數量占全球總量的 61% （見圖1）。其中，日本憑借其3594件專利，以 34% 的占比領跑全球；中國緊隨其后，以2165件專利穩居次席；而美國則以1075件專利位列第3。

中美日三國在該技術領域均具備一定的實力。

1.2專利申請趨勢

為反映固態儲氫領域的技術演進趨勢，本研究對1965一2024年固態儲氫領域全球專利申請量、日本專利申請量、中國專利申請量、美國專利申請量分別進行了統計分析，結果如圖2所示。固態儲氫技術自誕生以來，專利申請量伴隨著技術發展的步伐，呈現出鮮明的階段性特征，每個階段各國的參與程度與貢獻都不相同。

1.2.1早期探索階段（1965—1989年）。20世紀90年代之前，固態儲氫技術尚處于萌芽狀態。1970年前，每年僅有幾項專利申請，反映出固態儲氫技術還未引起學術界及實務界廣泛的研究興趣。1970一1989年，以日本為首的國家開始在固態儲氫領域進行探索，全球專利申請量呈現上升趨勢但專利數量仍有限，專利年申請量均低于150件，中國在這一階段幾乎未涉足該領域的專利研發，而美國雖然有所參與，但專利申請數量同樣不多，每年只有個位數。

1.2.2快速增長階段（1990—2009年）。進入20世紀90年代，固態儲氫技術開始受到更多關注，全球專利申請量出現躍升，進入快速發展階段。中國從這一階段開始積極介入，專利申請量逐年增加，體現了對固態儲氫技術的持續關注與投入。日本在該階段繼續保持強勁勢頭，專利申請量在快速上升后進入一個高位波動的平臺階段，是支撐這一階段固態儲氫技術發展的主要力量。中國和美國在該階段的專利申請量雖然和日本相比有較大差距，但總體增速明顯加快且差距逐漸縮小。

1.2.3 穩步發展階段（2010—2024年）。2010年后，固態儲氫技術進人穩步發展階段，全球專利申請量雖然比上一階段有所下降但仍處在高位，固態儲氫技術的創新發展仍保持活躍態勢。圖2中，2022一2024年的固態儲氫技術專利年申請量出現下降與部分專利申請未公開有關。這一階段，中國的專利申請數量快速攀升，開始超過日本和美國，并逐漸拉開差距，成為全球固態儲氫技術研究的前沿陣地。日本和美國在該階段雖然仍有一定數量的專利申請，但整體呈現下降趨勢。中日美三國在固態儲氫專利技術發展方面呈現差異化發展態勢，其中，中國與日美兩國的技術演進趨勢形成鮮明對比。

2創新主體分析

2.1全球專利申請人

固態儲氫技術作為新能源領域的熱點，吸引了全球眾多機構和企業的關注與研究。從圖3可以看出，在申請量排名前20的機構中，日本機構占據了顯著位置，如日本三洋電機株式會社和日本松下電器產業株式會社，分別以436件和427件專利高居榜首和次席，顯示出日本在固態儲氫技術領域的深厚積累與持續創新。此外，日本豐田汽車株式會社、日本三菱綜合材料株式會社等知名企業也位列前茅，體現了日本企業對該技術的重視與投入。美國方面，美國能量轉換設備公司、美國奧弗尼克電池公司及美國俄亥俄標準石油公司等3家公司分別排名第3、第4和第16，彰顯了美國在新能源技術領域的研發實力與市場競爭力。值得注意的是，浙江大學以103項專利和包頭稀土研究所以63項專利成功躋身前20，成為榜單中唯二的中國機構，展示了中國在固態儲氫技術研究方面的快速崛起與創新能力。雖然與日本、美國相比仍有差距，但中國機構的進步不容忽視，預示著未來在該領域的更大潛力。

2.2 中國專利申請人

根據圖4中的中國固態儲氫技術專利申請量排名前20的專利申請人情況可知，我國專利申請機構主要以高校和科研院所為主，排名前20的專利申請人由7家高校、3家科研院所和10家國有企業構成。浙江大學以103項專利位居榜首，其他高校如上海大學、南開大學、復旦大學等也展現了一定的研發實力。同時中國科學院金屬研究所、中國科學院上海微系統與信息技術研究所、中國科學院大連化學物理研究所在內的中國科學院下屬的研究院所也表現亮眼，凸顯了高校和科研院所在固態儲氫領域的基礎研究和創新技術開發中的重要作用。企業方面，包頭稀土研究院、北京有色金屬研究總院、鋼鐵研究總院等“科改企業”具備較強的研發能力和技術儲備。此外，中國石油化工股份有限公司的表現也較為突出，反映了企業在技術研發和產業化中的積極探索。

整體來看，高校和科研院所主導了技術研發，企業則推動技術轉化，形成了良好的產學研協同發展模式，為固態儲氫技術的進一步突破和產業化奠定了堅實基礎。但是也應注意到日本和美國的申請人主要由企業構成，可以看出我國在固態儲氫技術的產業化應用方面仍有很大的提升空間。另外，中國排名前20的專利申請人中的企業均為國有企業，缺乏民營企業的參與，今后應適當引導民營資本參與固態儲氫技術的研發與應用。

3技術布局分析

3.1技術構成情況

全球固態儲氫技術的專利布局顯示，技術領域分布廣泛。表1列出了全球固態儲氫技術專利申請量排名前10的IPC分類號，IPC分類（小類）排名從高到低分別為C01B、C22C、H01M、B01J、B22F、

F17C、C22F、B01D、C25B、C23C。可以看出，全球固態儲氫技術的專利布局高度集中于C01B（非金屬元素及其化合物的制備）C22C（合金的組成及制備）和H01M（電池及電化學能量轉換）等3個領域，顯示出這些領域在技術發展中的核心地位。C01B以6144件專利位居榜首，表明無機化學材料的技術創新對固態儲氫技術發展具有重要意義，尤其是金屬氫化物和復雜氫化物等材料的研究和應用。C22C（合金的組成及制備）以5607件專利緊隨其后，反映了合金材料在固態儲氫領域的重要性，特別是稀土合金和鎂基合金因其優異的儲氫性能成為研究熱點。H01M（電池及電化學能量轉換）以4757件專利排名第3，表明電化學能源轉換裝置在固態氫能存儲和釋放過程中發揮了關鍵作用。

其他技術領域雖然專利數量較少，但從不同角度為固態儲氫技術的完善和產業化提供了支持。B01J（化學或物理反應設備）以1755件專利反映了催化劑和物理化學方法在固態儲氫技術中的應用。B22F（金屬粉末加工）以1599件專利表明金屬粉末加工技術在固態儲氫材料制備中的重要性。F17C（壓力容器與儲運裝置）以669件專利體現了儲氫容器設計及制造在固態儲氫技術體系中的地位。此外，C22F（金屬物理性能改性）B01D（分離與過濾技術）C25B（電化學合成工藝）和C23C（表面涂層與改性）等分類號的專利數量相對較少，但它們在材料改性、分離和表面處理等方面仍發揮著重要作用。這種分布特點反映了固態儲氫技術的多學科交叉性，以及其在氫能存儲與應用中的廣闊前景。未來，隨著技術的進一步突破，這些領域的專利數量和技術水平有望繼續提升，推動固態儲氫技術的全面發展和商業化應用。

3.2技術全球分布情況

從表2中日本、中國、美國、德國和韓國在固態儲氫技術領域的專利分布數據來看，各國在技術布局上呈現出顯著差異，反映了各自的研發重點和技術優勢。

日本在C22C（合金的組成及制備）C01B（非金屬元素及其化合物的制備）及B22F（金屬粉末加工）領域的專利數量分別為2531件、1599件和725件，相較于其他國家具有明顯的數量優勢，顯示出日本在固態儲氫材料研發方面的強大實力。此外，日本在H01M（電池及電化學能量轉換）領域也以1972件專利大幅領先，表明其在氫燃料電池及儲氫裝置制造技術方面具有顯著優勢。

中國在C22C（合金的組成及制備）和C01B（非金屬元素及其化合物的制備）領域的專利數量分別為1049件和1087件，排名第2，表明中國在固態儲氫材料研發方面取得了重要進展。然而，中國在H01M（電池及電化學能量轉換）領域的專利數量僅為693件，與日本相比存在一定差距，這反映了中國在氫燃料電池及儲氫裝置制造技術方面的研發仍需加強。此外，中國在B01D（分離與過濾技術）和C22F（金屬物理性能改性）領域的專利數量分別為142件和216件，超過其他國家，顯示出中國在固態儲氫材料改性和分離技術方面的獨特優勢。

美國在C01B（非金屬元素及其化合物的制備）C22C（合金的組成及制備）和H01M（電池及電化學能量轉換）等多個領域的專利數量均低于日本和中國，但分布較為均衡，表明美國在固態儲氫技術的多個領域均有布局，其中在F17C（壓力容器與儲運裝置）領域以82項專利超過中國，說明美國在儲氫容器設計及制造方面具備一定的技術優勢。

總體來看，日本在固態儲氫技術的核心領域處于領先地位，中國則緊隨其后展現出后發趕超的態勢，美國在技術布局上較為均衡但落后于中日，德國和韓國的研發能力相對較弱。

3.3技術國內分布情況

表3是國內申請量排名前10的省（自治區、直轄市）在固態儲氫技術領域的專利分布情況。從技術分類來看，中國固態儲氫技術的整體專利布局呈現多領域覆蓋且重點突出的特點。中國的固態儲氫技術專利涉及多個技術領域，涵蓋從基礎材料研究到應用開發等多個層面。其中，C01B（非金屬元素及其化合物的制備）及C22C（合金的組成及制備）兩類技術領域處于絕對領先地位，反映了中國在固態儲氫領域的研發重心聚焦于儲氫材料體系創新。

從地域分布看，中國固態儲氫技術的整體專利布局呈現顯著的地域集中性與發展不均衡特征。京津冀、長三角和珠三角地區的城市占據絕對主導地位，體現出這些區域在技術創新資源、產業基礎和政策支持上的綜合優勢。其中，北京依托高校與科研機構的密集分布，市場化應用的先行探索，產業集群化的發展政策，遠超其他省份成為中國固態儲氫領域專利申請量最多的地區；上海則作為長三角產業集群的核心緊隨其后，位居第2。值得注意的是，內蒙古憑借其在C22C（合金的組成及制備技術）H01M（電池及電化學能量轉換）和C22F（金屬物理性能改性）等3個技術領域上的優勢位列第3。相比之下，其他地區的專利分布較為分散且規模有限，如四川、湖北等地雖有一定技術積累，但專利數量較少，反映出中西部在氫能技術領域的投入強度與創新能力相對滯后。這種地域差異既與地方產業政策導向、科研經費分配密切相關，也受到區域經濟結構的影響，東部沿海地區在新能源產業配套和市場需求方面更具先發優勢。隨著國家“雙碳”目標的推進，技術擴散和區域協同或將成為優化專利布局的關鍵方向。

4結論

在全球能源結構低碳化轉型的大背景下，氫能作為實現“碳中和”目標的核心路徑之一，其儲運技術的突破對產業發展至關重要。固態儲氫技術憑借其高儲氫密度、安全性強及適配分布式儲能場景等優勢，逐漸成為突破傳統儲氫方式的關鍵技術。從全球專利布局來看，固態儲氫技術的研發呈現出顯著的區域集聚特征，東亞地區特別是日本和中國在該領域占據主導地位。專利申請量隨時間發展經歷了早期探索、快速增長和穩步發展等3個階段，反映了技術從萌芽到成熟的演進過程。

在技術創新的主體方面，日本以企業為主導，而中國則以高校和科研院所為主要力量，這體現了兩國在固態儲氫技術研發方面的不同路徑和策略。從技術布局來看，全球固態儲氫技術的專利高度集中于C01B（非金屬元素及其化合物的制備）C22C（合金的組成及制備技術）和H01M（電池及電化學能量轉換）等3個領域，顯示出這些領域在技術發展中的核心地位。近年來，中國成為推動技術發展的主要力量，在C01B（非金屬元素及其化合物的制備）和C22C（合金的組成及制備技術）領域取得了重要進展，但在H01M（電池及電化學能量轉換）領域與日本相比仍存在一定差距。此外，研究還發現，中國固態儲氫技術的專利布局在地域上呈現顯著的技術領域集中性與區域發展不均衡特征，京津冀、長三角和珠三角地區占據主導地位，而中西部地區相對滯后。

結合研究結論與當前技術發展趨勢，固態儲氫技術的未來發展將呈現以下特點。

第一，技術創新持續活躍。隨著全球對清潔能源需求的不斷增長，固態儲氫技術將成為氫能產業升級的關鍵突破口，該領域的技術創新將持續活躍，不斷推動固態儲氫技術在材料、工藝、設備等方面的進步。

第二，材料成本逐步降低。當前固態儲氫技術面臨的主要挑戰之一是材料成本高。通過加大研發投人并推動技術的不斷突破，材料成本有望逐步降低，從而提高固態儲氫技術的經濟性和市場競爭力。

第三，產業化進程加速。技術的不斷成熟和成本的降低將加速固態儲氫技術的產業化進程。預計未來將有更多的固態儲氫產品推向市場，滿足交通、工業及電力等領域對氫能的需求。

第四，國際合作與競爭并存。在全球能源轉型的大背景下，各國將加強在固態儲氫技術領域的國際合作與交流，共同推動技術的突破與應用。同時，國際競爭也將日益激烈，各國將競相搶占技術制高點，以在氫能產業中占據有利地位。

中國布局固態儲氫技術需以構建自主可控的氫能產業鏈為目標，聚焦技術研發、產業協同、國際合作與政策保障等4大方向。在技術層面上，應加大研發投入，重點突破固態儲氫材料、工藝和設備等方面的技術瓶頸。通過產學研協同攻關，加速技術創新和成果轉化，提升中國在全球固態儲氫技術領域的競爭力5。在產業層面上，應優化固態儲氫技術的產業布局，形成從材料研發、設備制造到產品應用的完整產業鏈。同時，關注地域差異，推動技術擴散和區域協同發展，實現氫能產業的全面升級和可持續發展。在國際合作上，積極參與國際標準制定，通過聯合研發、技術引進等方式吸收海外先進經驗，推動國產儲氫材料與設備“走出去”，搶占新興市場。在政策保障上，強化頂層設計，通過財稅補貼、示范項目扶持等政策降低企業研發風險，建立儲氫材料性能檢測與安全認證體系引導產業健康發展，最終形成技術自主化、產業規模化、應用多元化的固態儲氫發展格局。

參考文獻：

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（欄目編輯：文雯）