هيدروجين

Aenert news. Invention analysis
إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء له أهمية كبيرة في العالم الحديث. وباعتبارها طريقة بديلة لإنتاج الطاقة، فإنها توفر إمكانية مواجهة التحديات العالمية المتعلقة بالاستدامة وتغير المناخ. وهو يقدم مجموعة متنوعة من المزايا للمجتمع، بما في ذلك إزالة الكربون من قطاع الطاقة في الحالات التي يتم فيها إنتاج الطاقة من مصادر خضراء، وتخزين الطاقة وموازنة الشبكة التي تعتبر مهمة للمجتمعات التي تنتج الطاقة من مصادر متقطعة، والنقل الأخضر والقطاع الصناعي، والطاقة. استقلال.

أحد الجوانب الرئيسية في إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء هو كفاءة العملية الرئيسية. وهو يمثل أداء خلية التحليل الكهربائي نفسها ومكوناتها الرئيسية - الكاثود، والأنود، والفاصل، والمحفزات المعنية. ويمكن أن تشمل جوانب مهمة مثل كفاءة الطاقة في العملية، ووقت البدء، واستقرار العملية، ونشاط المحفزات والعناصر الأخرى التي يمكن أن تضمن معدل تفاعل مرتفع، وما إلى ذلك.

وفيما يلي مراجعة قصيرة لبراءات الاختراع الحديثة المتعلقة بالتحسينات في كفاءة العملية الرئيسية فيما يتعلق بإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء. ولأغراض هذه المراجعة، قمنا بجمع 2000 براءة اختراع تم نشرها في السنوات الخمس الماضية. تعتبر براءات الاختراع قابلة للتطبيق على الموضوع قيد النظر عندما تصف الأجهزة أو الطرق أو التركيبات التي يمكن استخدامها في أو كمحلل كهربي وحيث يشير المؤلفون إلى أن اختراعاتهم تهدف بطريقة ما إلى تحسين كفاءة العمليات التي تحدث في المحلل الكهربي. بالإضافة إلى ذلك، قد تتعلق الاختراعات أيضًا بمشاكل أخرى وجوانب أخرى للتحليل الكهربائي.

فيما يلي قائمة بأهم المتقدمين حسب حصتهم في براءات الاختراع في مجموعة براءات الاختراع الحديثة المتعلقة بالتحليل الكهربائي والتي تهدف إلى حل مشاكل الكفاءة المنخفضة للعملية الرئيسية.

Applicants’ share in the intellectual property market, %. Patents, 2019-2023

Value: Market involvement ratio*;  Y axis: Ownership ratio; Bubble size: Volume ratio.

*(Market involvement ratio = volume ratio multiplied by ownership ratio, where Volume ratio - share of applicant documents in total number of documents, Ownership ratio - applicant's participation share in total number of documents)

يمكن استخدام أنواع مختلفة من التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين من ماء. في هذه المجموعة المختارة من الوثائق، فإن OEL، الذي يتضمن المستندات التي لم يتم فيها تحديد نوع التحليل الكهربائي بشكل واضح والمستندات المنسوبة إلى أنواع أخرى من التحليل الكهربائي، يشمل ما يقرب من نصف جميع براءات الاختراع. ويتبعه التحليل الكهربائي القلوي، والتحليل الكهربائي لغشاء البوليمر بالكهرباء، والتحليل الكهربائي للأكسيد الصلب:

Recent patents by type of electrolysis

يتضمن التفصيل الآخر جوانب خاصة من التحليل الكهربائي المشمولة في براءات الاختراع الحديثة المنقحة. ومن الواضح هنا أن المحفز هو العنصر التكنولوجي الأكثر شعبية. وتليها اختراعات تكشف عن المحلل الكهربائي، والأنود، والكاثود:

Recent patents by special aspects of electrolysis

فيما يلي أهم مؤشرات التصنيف الدولي للبراءات التي تم تخصيصها لبراءات الاختراع الحديثة بشأن الكفاءة المنخفضة للعملية الرئيسية في التحليل الكهربائي للمياه:
 

وفقا للتصنيف الدولي لبراءات الاختراع، تحتوي مؤشرات التصنيف الدولي للبراءات المذكورة أعلاه على التعاريف التالية: C25B1/04 - عن طريق التحليل الكهربائي للماء؛ C25B11/091 - يتكون من عنصر حفاز واحد على الأقل ومركب حفاز واحد على الأقل؛ تتكون من عنصرين أو أكثر من العناصر الحفزية أو المركبات الحفزية؛ C25B11/06 - حسب المواد الحفزية المستخدمة؛ B82Y40/00 - تصنيع أو معالجة الهياكل النانوية؛ C25B15/08 - توريد أو إزالة المواد المتفاعلة أو الشوارد؛ تجديد الشوارد. C25B9/19 - مع أغشية؛ B82Y30/00 - تكنولوجيا النانو للمواد أو علوم الأسطح، على سبيل المثال المركبات النانوية؛ C25B9/23 - تشتمل على أغشية التبادل الأيوني التي تكون مادة القطب الكهربائي مدمجة فيها أو عليها؛ C25B11/031 - أقطاب كهربائية مسامية؛ C25B11/075 - يتكون من عنصر حفاز واحد أو مركب حفاز.

فيما يتعلق بنقاط التصنيف، فيما يلي أبرز الوثائق في المجموعة قيد النظر:

التقييم: 21
CN114196966B / CAS DICP معهد داليان للفيزياء الكيميائية (CN) / غشاء البروتون وCCM (وحدة التيار المستمر) طريقة وجهاز التحضير المتكامل لـ PEM (غشاء تبادل البروتونات) التحليل الكهربائي للماء؛
US11078579B2 / مفوضية الطاقة الذرية وبدائل الطاقة (بالفرنسية) / المكون الذي يشكل موصل بيني للمحلل الكهربائي HTE أو موصل بيني لخلايا الوقود SOFC وعمليات الإنتاج المرتبطة بها؛
KR101991730B1 / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية وطريقة لإنتاج أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية؛
JP6615682B2 / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية وطريقة لإنتاج أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية؛
التقييم: 20
CN112126946B / CAS DICP معهد داليان للفيزياء الكيميائية (CN) / غشاء مركب للتحليل الكهربائي للماء الحمضي القاعدي وطريقة تحضيره وتطبيقه؛
CA3093203C / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ مؤسسة الجامعة الوطنية جامعة يوكوهاما الوطنية (JP)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / قطب التحليل الكهربائي وطريقة تصنيعه؛
US10619255B2 / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية وطريقة لإنتاج أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية؛
CA3018074C / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية وطريقة لإنتاج أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية؛
CN108779563B / دي نورا بيرميليك المحدودة (جب)؛ Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية وطريقة لإنتاج أنود للتحليل الكهربائي للمياه القلوية؛
US11094953B2 / 3M Innovative Properties Company (الولايات المتحدة) / مجموعة غشاء القطب الكهربائي التي تحتوي على أقطاب كهربائية محفزة لتطور الأكسجين، وطرق صنعها واستخدامها.

في هذه المجموعة، تضم أكبر مجموعات براءات الاختراع لأولئك الذين لديهم براءة اختراع واحدة على الأقل منشورة في السنوات الخمس الماضية 54 و38 و26 وثيقة براءة وتمثلها الوثائق الأساسية US11018345B2 وUS11371153B2 وUS11459662B2، على التوالي (الوثيقة الأساسية هي الأساس الوثيقة التي يتوفر لها وصف كامل للاختراع في قواعد بيانات براءات الاختراع التي يمكن الوصول إليها بشكل عام):

الطريقة والخلية الكهروكيميائية لإدارة التفاعلات الكهروكيميائية / P: US11018345B2 / IPC: H01M4/86، C25B1/13، C25B1/14، C25B1/245، C25B1/26، C25B1/30، C25B9/19، C25B11/031، C25C7/00، H01M4/88، H01M8/04089، H01M8/08، H01M8/083، / سويجرز جيرهارد فريدريك؛ ناتستاد أندرو؛ أنطيوهوس دينيس؛ وآخرون. / أكواهيدريكس بي تي واي المحدودة (أستراليا) / أبل. التاريخ: 28.01.2019؛ نشر. التاريخ: 25.05.2021 / مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة / الوثيقة الأساسية: US11018345B2 / فئات التكنولوجيا: PEME / عناصر التكنولوجيا: Els / المشاكل: LEMP، HCM، LEHD / أنواع الحلول التقنية: M، C / المطالبات: 26 / التقييم: 16؛ تم نشر الوثيقة الثانية في هذه العائلة بتاريخ 28.04.2020 (US10637068B2)؛

طريقة تشغيل جهاز التحليل الكهربائي للمياه / P: US11371153B2 / IPC: C25B15/02, C02F1/42, C25B15/08, C25B13/08, C25B1/04, C25B9/19, C25B9/23, C25B9/73 / هولر ستيفان / هولر Electrolyzer GmbH (DE) / Appl. التاريخ: 23.04.2018؛ نشر. التاريخ: 28.06.2022 / مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة / الوثيقة الأساسية: US11371153B2 / فئات التكنولوجيا: PEME / عناصر التكنولوجيا: SAW / المشاكل: LEMP، HORR / أنواع الحلول التقنية: D، M / المطالبات: 17 / التقييم: 16؛ تم نشر أحدث الوثائق في هذه العائلة في 06.04.2023 (AU2018257600B2) و09.02.2023 (AU2017411874B2).

مفاعل كهروكيميائي يشتمل على غشاء مسامي طارد للسوائل / P: US11459662B2 / IPC: H01M6/32، A61B18/04، A61F7/03، A61F7/12، C25B1/04، C25B1/16، C25B1/34، C25B9/19، C25B9/73 ، C25B11/031، H01G9/02، H01G9/035، H01G9/048، H01G9/07، H01G9/10، H01G9/145، H01G9/21، H01G11/52، H01M6/04، H01M6/16، H01M6/22، H01M6 /34، H01M6/36، H01M6/38، H01M10/0566، H01M10/26، H01M10/36، H01M12/08، H01M50/40، H01M50/60، H01M50/618 / موراهارا ماساتاكا / شركة إم هيكاري ومختبر الطاقة، المحدودة (جب) / تطبيق. التاريخ: 22.07.2019؛ نشر. التاريخ: 04.10.2022 / مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة / الوثيقة الأساسية: US11459662B2 / فئات التكنولوجيا: OEL / عناصر التكنولوجيا: Els / المشاكل: LEMP، HCG / أنواع الحلول التقنية: D / المطالبات: 8 / التقييم: 12؛ تم نشر أحدث وثيقة في هذه العائلة بتاريخ 21.06.2023 (EP3042717B1).

يتم استخدام الاختصارات التالية في الوثائق أعلاه: ج - التركيب؛ د - الجهاز؛ م - الطريقة؛ OEL - التحليل الكهربائي الآخر؛ PEME - التحليل الكهربائي لغشاء البوليمر بالكهرباء. إلس - محلل كهربائي. SAW - النظام ككل؛ HCG - التكلفة العالية بشكل عام؛ HCM - ارتفاع تكلفة المواد؛ HORR - نفقات تشغيلية عالية / الإصلاح والاستبدال؛ LEMP - كفاءة منخفضة / العملية الرئيسية.

نقدم أدناه ملخصات قصيرة للوثائق من أكبر مجموعات براءات الاختراع المذكورة أعلاه:

تم منح براءة الاختراع US11018345B2 لشركة Aquahydrex PTY Ltd (AU) بتاريخ 25.05.2021. ويكشف عن تصميم الخلية الكهروكيميائية وطريقة تشغيلها. تشتمل الخلية على قطب كهربائي لنشر الغاز، وغرفة إلكتروليت سائلة ومنطقة غاز، مفصولة بـ "... غشاء بوليمر نفاذي للغاز مسامي غير موصل له ضغط ترطيب أكبر من 0.2 بار"، (على سبيل المثال غشاء متعدد رباعي فلورو إيثيلين (ePTFE) الموسع)، وهو غير منفذ إلى حد كبير للكهارل ويبلغ حجم مسامه 50-500 نانومتر. إن ضغط الترطيب الخاص بقطب نشر الغاز هو نفس ضغط الغشاء المسامي، أي الغشاء ملتصق بهذا القطب. يتم ربط مادة موصلة مسامية بالغشاء بواسطة مادة رابطة تشتمل على محفز. وفقًا لطريقة الاختراع، في غرفة الإلكتروليت، يتم تطبيق ضغط بفارق لا يقل عن 0.2 بار أكثر من الضغط الموجود في منطقة الغاز. يتم الحفاظ على فرق الضغط المقترح بواسطة جهاز قياس الضغط وجهاز التحكم بين 0.1 بار و 0.3 بار تحت ضغط الترطيب.
يذكر المؤلفون أن الاختراع يعالج مشاكل مثل كفاءة الطاقة والتكاليف مثل تلك المتعلقة بإنتاج المعدات والمحفزات.
تنتمي براءة الاختراع إلى عائلة براءات اختراع تضم 54 وثيقة منشورة في الولايات المتحدة والاتحاد الأفريقي وكاليفورنيا وWO وKR وروسيا وBR وEP وJP وMX وCN بين عامي 2015 و2021


من قبل هيئة التحرير