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第第 5 5 卷卷 第第 1 1 期期2 20 02 24 4 年年 2 2 月月新新能能源源科科技技N Ne ew w E En ne er rg gy y S Sc ci ie en nc ce e a an nd d T Te ec ch hn no ol lo og gy yV Vo ol l.5 5,N No o.1 1F Fe eb br ru ua ar ry y,2 20 02 24 4DOI:10.20145/j.32.1894.20240107 作者简介:汪婧(1993),女,工程师,硕士;研究方向:科技统计分析,产业研究。wangjingtc1993 基于专利计量的广州氢能产业发展研究汪 婧,曾惠芬(广州市科学技术发展研究中心,广东 广州 510230)摘要:氢能作为六大未来产业之一,是未来颠覆性技术变革的重要方向,对经济社会具有全局带动和重大引领作用。为助力广州市打造南部地区氢能枢纽,促进广东燃料电池汽车示范城市群发展,文章对广州氢能全产业链近十年的专利数据进行计量分析。研究发现:广州市氢能产业领域专利申请量逐年稳步上升,呈现产业链条完整、科研优势突出、氢燃料电池汽车基础坚固等特点,但也存在氢储运环节薄弱、校企合作少、企业创新能力待提升、城市群交流不深入等问题,本文从加强自主创新、多元示范、强链补链、加快科研成果转化、城市群协同 5 方面提出对策及建议。关键词:氢能;产业链;专利计量;社会网络;广州市中图分类号:TK91 文献标志码:A0 引言 氢能作为六大未来产业之一,是未来颠覆性技术变革的重要方向,对经济社会具有全局带动和重大引领作用。2021 年,广东获批为中国首批燃料电池汽车示范城市群之一。广州作为粤港澳大湾区的氢能产业高地,正全力打造城市群燃料电池汽车创新研发中心和燃料电池汽车示范应用核心区,着力建成全国南部地区氢能枢纽,推动氢能产业可持续、绿色发展,力争在国际竞争中抢占制胜高地。国内外学者对于氢能领域的研究热情一直居高不下。文献1-3主要针对氢能产业链各环节技术进行了梳理和研究,并对未来氢能技术发展趋势进行了预测和建议;文献4-5基于全球范畴对氢燃料电池技术专利数据进行了计量研究,综合运用专利计量、技术生命周期等方法;文献6针对我国氢能产业政策情况进行了统计分析,主要利用文献计量、政策工具与产业链的二维分类、主题词内容分析等方法;文献7基于全球氢能文献数据,借助多种可视化工具进行了定量和研究主题聚类分析。利用氢能论文和专利数据进行计量学的现有研究多数集中在致力于提升技术水平方面;关于助推氢能产业发展方面也多为针对政策的分析研究,鲜少有针对全产业链的专利计量研究。鉴于此,本文以广州氢能产业为研究对象,以全链条产业链的专利数据为切入点,基于科学计量分析方法和城市网络分析方法,深入分析广州氢能产业的发展现状和特点,梳理发展存在的问题并提出相应对策建议,期望为广州氢能产业发展提供决策参考。1 广州氢能产业发展现状与特点 由于氢能产业链条较长且涉及领域广泛,为提高专利检索的准确性和权威性,本文参照国家知识产权局编制的“氢能产业技术分类与国际专利分类 IPC 对照及检索应用”8,对应修改专利检索式,利用智慧芽专利检索平台,对中国和广州氢能产业近十年相关专利进行检索,专利数据如表 1 所示。1 1.1 1 广广州州氢氢能能产产业业发发展展现现状状 近十年,广州专利申请量逐年稳步上升,由 2013年 44 项增长到 2022 年 392 项,增长了近 8 倍,如图 1所示。自 2016 年 8 月国务院印发“十三五”国家科技创新规划中明确提出“发展氢燃料电池技术”以来,广州氢能产业专利数量大幅增长。从总量来看,近十年广州氢能产业领域专利申请总量合计 1 972项,其中发明专利申请量 1 475 项、占比 75%,高技术含量、高附加值产业特征明显。从产业链看,广州在制氢和用氢两大细分产业领域创新活跃度明显较高,其年专利申请量占广州氢能产业专利年申请总量的55新新能能源源科科技技90%以上,且呈现整体增长趋势。广州在储氢、运氢加氢两大细分产业领域创新能力相对偏弱,尤其在运氢加氢领域从 2017 年开始专利申请量实现零的突破,逐步探索发展。表 1 2013 年-2022 年中国和广州氢能产业专利数据技术分类一级二级三级中国检索专利数量/项广州检索专利数量/项1制氢2储氢3运氢加氢4用氢1.1 化石能源制氢1.2 工业副产制氢1.3 水分解制氢1.4 生物质制氢2.1 气态储氢2.2 液态储氢2.3 固态储氢3.1 气氢输送3.2 液氢输送3.3 固氢输送3.4 加氢4.1 交通4.2 工业4.3 储能1.1.1 天然气制氢1.1.2 煤制氢1.1.3 甲醇制氢1.2.1 氯碱工业副产气制氢1.2.2 焦炉煤气制氢1.2.3 轻烃裂解制氢1.3.1 电解水制氢1.3.2 光解水制氢1.4.1 生物法1.4.2 化学法2.1.1 钢质内胆纤维缠绕瓶2.1.2 铝内胆纤维缠绕瓶2.1.3 塑料内胆纤维缠绕瓶2.2.1 低温液态储氢2.2.2 有机液态储氢2.3.1 物理吸附材料2.3.2 化学氢化物3.1.1 纯氢管道输送3.1.2 天然气管道掺氢输送3.1.3 长管拖车运输3.2.1 液氢罐车3.2.2 液氢驳船3.3.1 金属罐车3.4.1 加氢站4.1.1 氢内燃机4.1.2 氢燃料电池4.2.1 冶金4.2.2 化工4.3.1 氢储能67 36323 1215 2263 63741 5516 3151 24515 8522 1631 0222 4971 9071 2055401012 71626 47312 1493 4742 6742 5852 4457735394411 8614 7871 1721 0612294105008941 6705951 3124902595665201021012 71656625 92063611 515 3 4741 972968142771 050289326498946977251265773155140895820017274951944646220866225513681026597643152140 注:1.本数据基于 2023 年 8 月 30 日智慧芽专利库数据;2.筛除申请人类型为“个人”的专利;3.每层级专利由所属下层级专利并集合并组成。图 1 20132022 年广州氢能产业专利申请时间趋势65新新能能源源科科技技1 1.2 2 广广州州氢氢能能产产业业发发展展特特点点1 1.2 2.1 1 氢氢能能全全产产业业链链条条均均有有布布局局,制制氢氢环环节节排排名名全全国国前前列列广州氢能产业近十年专利总量 1 972 项,占全国专利近十年总量的 3%,全省排名第一,全国地市排名第七。专利检索数据显示,广州氢能产业全链条都有专利分布,各环节专利量均排名全国前列,基本框架已经搭建成型。广州制氢环节近十年专利量 968 项,占全国制氢环节近十年专利量的 4.2%,全国地市排名第三,广州制氢 10 个三级技术分类中有 7 个均排名全国前五。广州也积极布局绿氢领域发展,已建成广州南沙氢电融合智慧能源站项目,实现小规模绿氢储能融合示范应用。1 1.2 2.2 2 氢氢能能领领域域科科研研优优势势突突出出,基基础础研研发发能能力力强强基础研发能力是促进氢能产业进阶发展的主要动力,广州氢能领域科研机构与人才资源汇聚,科研优势突出。由院校/科研院所申请的氢能专利数量为1 101 项,超广州专利申请总量的一半以上;发明专利授权量 499 项,占广州发明授权总量的 82%。华南理工大学申请氢能专利数量和发明专利授权数量分别为 437 项和 191 项,均占广州总量 20%以上;在氢能产业和各环节专利数量中基本排名第一,数量遥遥领先于其他单位。依托华南理工大学、广东工业大学等科研单位,在燃料电池材料、电解制氢等瓶颈问题开展技术攻关,助力广州建成大湾区氢能研发设计中心。表 2 20132022 年广州氢能产业专利申请量前十名专利申请排名广州氢能产业广州制氢环节广州储氢环节广州运氢加氢环节广州用氢环节申请人专利数量/项申请人专利数量/项申请人专利数量/项申请人专利数量/项申请人专利数量/项1华南理工大学437华南理工大学177华南理工大学34广东国能中林实业有限公司8华南理工大学2462广东工业大学171广东工业大学86广东国能中林实业有限公司13广东能创科技有限公司6广东工业大学943中山大学115广东能创科技有限公司69中山大学8广州汽车集团股份有限公司6广东能创科技有限公司634中国科学院广州能源研究所95中山大学62国能氢油(广东)科技股份有限公司7广东电网有限责任公司广州供电局6中国科学院广州能源研究所625广东能创科技有限公司81中国科学院广州能源研究所40广东工业大学6中山大学5中山大学506广州大学56摩氢 科 技 有 限公司36广东省科学院资源利用与稀土开发研究所5华南理工大学5广州汽车集团股份有限公司437华南农业大学52广州大学32广东电网有限责任公司广州供电局5广州舜华氢能科技有限公司4摩氢科技有限公司408广东电网有限责任公司广州供电局50华南农业大学32华南农业大学4雄川氢能科技(广州)有限责任公司3广东电网有限责任公司广州供电局369广州汽车集团股份有限公司48广东醇氢新能源研究院有限公司30国家电投集团广东电力有限公司广州分公司4广东省碳中和氢能源科 技 开 发 有 限公司2广州大学2510摩氢科技有限公司47华南师范大学24大方元素(广东)科技有限公司3东方电气(广州)重型机器有限公司2鸿基创能科技(广州)有限公司241 1.2 2.3 3 氢氢燃燃料料电电池池汽汽车车发发展展基基础础坚坚固固,构构建建广广州州氢氢能能产产业业核核心心竞竞争争力力广州坚持“制造业立市”,在传统汽车整车制造及零部件产业领域拥有雄厚的产业基础,广州完备的汽车产业链能为氢燃料电池汽车发展提供强有力的支撑。广州用氢环节 1 050 项专利中 528 项均与氢燃料汽车相关,其中 308 项由公司申请,专利申请数量排名前十的单位中有一半为企业:能创科技(44 项)、广州汽车(43 项)、摩氢科技(32 项)、雄川氢能(22项)、鸿基创能(15 项)。鸿基创能是国内首家实现膜电极产业化的企业,打破了外国的垄断,产品性能和供应能力在国内市场均处于顶尖水平,构建了广州氢能产业的核心竞争力。2 广州氢能产业发展存在问题2 2.1 1 储储运运环环节节相相对对薄薄弱弱,用用氢氢成成本本居居高高不不下下 广州储氢和运氢加氢环节专利数量为 142 项和77 项,其中发明专利授权量仅 37 项和 9 项,高技术专利数量少;除固态储氢领域外,广州在其他氢储运领域专利全国地市排名均靠后,且其中部分方向的专利申请量为 0,广州部分关键技术存在明显短板。现阶段,广州氢源供应较为充足,但是制氢成本仍较高,加75新新能能源源科科技技之储运环节“卡脖子”进一步拉升成本,广州用氢成本居高不下。储运环节短板可能成为制约广州氢能产业发展的主要瓶颈之一。2 2.2 2 高高校校科科研研院院所所与与企企业业专专利利合合作作少少,科科研研成成果果本本地地转转化化少少 广州氢能产业交叉合作申请的专利量仅 62 项,仅占广州氢能专利总量的 3%。华南理工大学拥有交叉合作专利 20 项、排名广州第一,但其与广州本地企业合作的专利数量仅 5 项,大部分都是与佛山企业合作的专利(11 项)。由院校/科研院所原始申请后发生权力转移的专利仅 16 项;其中,仅有 1 项专利源自广州高校科研成果本地转化,由广州大学转移至广东鼎诚电子科技有限公司。广州氢能产业未能形成协同共生的校企合作生态,高校科研成果转化率较低,成果本土转化环境不完善。2 2.3 3 氢氢能能企企业业专专利利质质量量有有待待提提升升,创创新新能能力力不不足足 广州现已汇聚了 90 多家氢能企业,其中主要在黄埔区集中约 40 家。广州氢能企业专利被引次数排名第一的专利被引用 21 次,数量远低于全国氢能企业排名第一被引用 138 次;全国氢能专利被引次数排名前十中有 3 项由企业申请,而广州排名前十中没有企业身影,广州氢能企业专利技术创新质量和影响力有待提升。企业专利数量申请第一的为广东能创(81项),全省排名第三,全国排名仅 61 位;排名第二的为广州汽车(47 项),全省排名第 14 位,全国就已排名百强以外,广州氢能企业创新能力和技术强度存在不足。现如今,燃料电池的几个关键材料和部件如催化剂、质子交换膜等仍大量依赖进口;广州虽然在固态储氢、燃料电池系统、电堆、膜电极等方面虽已初步实现产业化,但其技术和国外也存在较大差距。2 2.4 4 与与示示范范城城市市群群其其他他城城市市专专利利合合作作较较少少,创创新新交交流流不不深深入入 运用城市网络分析方法,使用 Gephi 分析软件,挖掘广州与其他城市氢能合作关联关系并可视化展示,如图 2 所示。广州与国内 29 座城市氢能合作专利合计 93 项,其中与佛山、东莞、深圳等广东省内 12座城市合作专利 53 项,广州与广东省燃料电池汽车示范城市群中其他城市专利合作数量较少。广州与佛山合作较为紧密,专利合作量 12 项排名第一,合作领域主要为燃料电池双极板、配套管理控制系统等,但未涉及佛山核心优势领域而广州产业链缺失环节,例如:燃料电池质子交换膜、催化剂等方面的合作;广州与示范城市群中其他城市也存在协同生态链不完善、创新交流合作不深入等问题。图 2 广州与其他城市氢能专利关联关系网络3 广州氢能产业发展对策建议 本文通过科学计量分析方法和城市网络分析方法研究广州氢能产业近十年专利数据,发现广州氢能产业专利申请量逐年稳步上升,具有布局全产业链、科研优势突出、汽车领域基础坚固等特点,存在氢储运环节薄弱、校企合作少、企业创新能力待提升、城市群交流不深入等劣势。为助力广州打造南部地区氢能枢纽,促进广东燃料电池汽车示范城市群发展,本研究提出以下发展展望和建议。3 3.1 1 加加强强氢氢能能产产业业自自主主创创新新能能力力,加加快快解解决决“卡卡脖脖子子”难难题题 围绕氢能产业重点领域开展“卡脖子”核心技术攻关,加强自主创新能力,加大科技要素投入,促进关键领域与新技术路线的突破,加快推动氢能技术创新升级,解决关键材料及核心零部件依赖进口问题。针对最核心催化剂、质子交换膜等关键核心部件和材料,挖掘广州高校较强的研发能力并转化为实际成果,推动广州高校成果产业化和产学研用协同开展联合攻关,解决应用阻碍和“卡脖子”技术难题,实现关键零部件广州本土化研发生产制造。3 3.2 2 聚聚力力推推进进氢氢能能产产业业链链强强链链补补链链,多多来来源源、多多途途径径破破解解高高价价用用氢氢难难题题 广州氢储运环节部分关键技术存在短板,而该环节是连接氢气生产端与需求端的关键桥梁,是解决用氢成本的关键一环。成都市关于促进氢能产业高质量发展的若干意见政策中强化氢气储运扶持,针对氢气储存、运输成本高昂问题,给予氢气储存、运输企业相应补贴。建议瞄准广州氢能产业链缺失环节和85新新能能源源科科技技关键环节,聚力推进重点项目强链补链,积极推进运氢和加氢环节材料创新突破,提高储运效率、降低储运成本,支持探索多元化的氢能储运形式。聚焦高效低成本制氢与跨区域、长距离、低成本氢储运难题,着力破解“用氢难、用氢贵”难点问题。3 3.3 3 大大力力支支持持氢氢能能科科技技成成果果本本土土落落地地转转移移转转化化,加加快快形形成成新新质质生生产产力力 科技成果转移转化是科学技术最终转化为现实生产力的重要途径,能有效推动转化形成新质生产力,推动广州氢能产业实现跃升。围绕集聚氢能产业链创新资源,支持建立由能源生产、装备制造、交通运输等行业的企业、科研院所和金融机构等组成氢能产业发展联盟,畅通科技成果转化渠道,助力科研端与生产端开展对接合作。建议加强企业主导的产学研深度融合,强化目标导向,激发创新活力,不断提高氢能科技成果转化和产业化水平。3 3.4 4 推推进进氢氢能能多多元元化化示示范范应应用用,助助力力实实现现碳碳达达峰峰碳碳中中和和目目标标 现阶段,广州多为交通领域的氢能示范应用,所颁布政策在具体应用方面也仅支持了加氢站的建设和运营,对其他氢能关键应用领域关注不足。深圳市关于促进绿色低碳产业高质量发展的若干措施政策中对氢能分布式发电及备用电源应用的示范项目给予扶持。建议广州在有序推进氢能在交通领域的示范应用的同时,拓展氢能多元化应用场景示范,推动氢能在储能、发电、工业等领域的应用,加强氢能在分布式能源、热电联供、备用电源、氢能船舶等方面的探索,助力能源结构优化升级和系统变革,全面挖掘氢能在用能终端的脱碳潜力,助力实现碳达峰碳中和目标。3 3.5 5 加加强强示示范范城城市市群群间间协协作作,实实现现区区域域产产业业链链错错位位发发展展 通过国家燃料电池汽车示范城市群建设,基于产业链强化资源共享和优势互补,建设新型创新联合体,推动示范城市群内各城市间的相互协作,实现氢能产业集群发展。建议完善协同创新发展机制,利用不同地方资源禀赋和产业基础,致力于实现氢能产业链高效整合。基于广州具有氢源、整车制造、高校科研实力等优势,致力于将广州打造成南部地区氢能枢纽,成为大湾区氢能研发设计中心、装备制造中心、检验检测中心、市场运营中心、国际交流中心。4 结语 广州氢能产业发展基础雄厚,制氢资源禀赋良好,高端领军人才引进和技术创新初见成效,招商引资和龙头企业培育成果初显;产业链布局日趋完善,科技创新成效初现,示范应用规模逐步扩大。广州正着力建成全国南部地区氢能枢纽,推动氢能产业可持续、绿色发展,力争在国际竞争中抢占制胜高地。参考文献1邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望J.中国科学院院刊,2019(4):469-477.2李璐伶,樊栓狮,陈秋雄,等.储氢技术研究现状及展望J.储能科学与技术,2018(4):586-594.3徐硕,余碧莹.中国氢能技术发展现状与未来展望J.北京理工大学学报(社会科学版),2021(6):1-12.4张敏,孟浩,谢祥生.基于专利计量的氢燃料电池技术研究J.中国能源,20191(12):33-39.5秦阿宁,孙玉玲,陈芳,等.基于文献计量的全球氢燃料电池技术竞争态势分析J.科学观察,2020(2):1-14.6黄晓林,胡锡晟,黄卉,等.中国氢能源产业政策量化分析及区域布局研究J.科技情报研究,2021(2):83-95.7周超峰,孙玉琦,魏凤,等.基于文献计量的全球氢能知识图谱分析J.现代化工,2021(12):1-6.8国家知识产权局.氢能产业技术分类与国际专利分类 IPC 对照及检索应 用 R/OL.(2023-06-20)2023-10-30.https:/ _ 3166 _185808.html.9广州市发展和改革委员会.广州市氢能产业发展规划(20192030 年)EB/OL.(2020-07-03)2023-10-30.http:/ 于广欣,纪钦洪,刘强,等.氢能及燃料电池产业瓶颈分析与思考J.现代化工,2021(4):1-4,10.(编辑 王永超)95新新能能源源科科技技Analysis and research of hydrogen energy industry in Guangzhou based on patent measurementWang Jing,Zeng Huifen(Guangzhou Research Center for Science and Technology Development,Guangzhou 510230,China)Abstract:Hydrogen energy,as one of the six future industries,is an important direction of future disruptive techno-logical change and plays an overall driving and major leading role in the economy and society.In order to help Guang-zhou build a hydrogen energy hub in the southern region and promote the development of Guangdong fuel cell vehicle demonstration city cluster,this paper takes the hydrogen energy industry in Guangzhou as the research object,and u-ses the patent data of the whole industrial chain as the entry point to conduct scientific quantitative analysis.The study found that the number of hydrogen energy industry patent applications in Guangzhou has increased steadily year by year.Also it has the advantages of laying out the whole industrial chain,outstanding scientific research ability,strong automobile manufacturing foundation,and the disadvantages of hydrogen storage and transportation shortcomings,less school-enterprise cooperation,enterprise innovation quality to be improved,communication between cities not deep.Countermeasures and suggestions are put forward from five aspects:strengthening independent innovation,multiple demonstration,strengthening and reinforcing chain,accelerating the transformation of scientific research achievements and urban agglomeration coordination.Key words:hydrogen energy;industrial chain;patent measurement;social network;Guangzhou city(上接第 23 页)Research progress on conductive silver paste for solar cellsGong Feng1,Wu Qingwen1,2,Shi Weili3,Zhang Hongwang3,Wu Huan3(1.School of Energy and Environment,Southeast University,Nanjing 211189,China;2.Southeast University-Monash University Joint Graduate School,Suzhou 215123,China;3.Wuxi DK Electronic Materials Co.,Ltd.,Wuxi 214207,China)Abstract:Promoting the use of renewable energy will help China to achieve the“dual carbon”target more quickly.Solar cells can convert solar energy into electric energy,and are one of the earliest devices to utilize new energy.Con-ductive silver paste with excellent conductivity and printability has become the material of choice for solar cells,mainly composing of silver powder,glass powder,organic carriers and other additives.Optimizing the performance of conduc-tive silver paste directly affects the efficiency of solar cells.This paper focuses on the composition and preparation methods of conductive silver paste for solar cells,and summarizes the development of the silver paste market and the future development of conductive silver paste.At the same time,the paper also proposes problems and suggestions for the Chinese conductive silver paste industry,which could provide some guidance for the development of conductive sil-ver paste in China.Key words:conductive silver paste;solar cells;screen-printing;silver powders06