Aenert news. Invention analysis
Die Wasserstoffproduktion mittels Wasserelektrolyse hat in der modernen Welt eine enorme Bedeutung. Als alternative Art der Stromerzeugung bietet es das Potenzial, globale Herausforderungen im Zusammenhang mit Nachhaltigkeit und Klimawandel anzugehen. Es bietet eine Reihe von Vorteilen für eine Gesellschaft, darunter die Dekarbonisierung des Energiesektors in Fällen, in denen Energie aus grünen Quellen erzeugt wird, Energiespeicherung und Netzausgleich, was für Gemeinden wichtig ist, die Strom aus intermittierenden Quellen erzeugen, umweltfreundlichere Transport- und Industriesektoren sowie Energie Unabhängigkeit.

Einer der Hauptaspekte bei der Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse ist die Effizienz des Hauptprozesses. Es repräsentiert die Leistung einer Elektrolysezelle selbst und ihrer Hauptkomponenten – Kathode, Anode, Separator und beteiligte Katalysatoren. Es kann so wichtige Aspekte wie die Energieeffizienz des Prozesses, die Anlaufzeit, die Stabilität des Prozesses, die Aktivität von Katalysatoren und anderen Elementen, die eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit gewährleisten können, usw. umfassen. Nachfolgend finden Sie einen kurzen

Überblick über aktuelle Patente im Zusammenhang mit Verbesserungen in der Effizienz des Hauptprozesses im Hinblick auf die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse von Wasser. Für diese Überprüfung haben wir 2000 Patente gesammelt, die in den letzten 5 Jahren veröffentlicht wurden. Die Patente gelten als auf den betreffenden Gegenstand anwendbar, wenn sie Geräte, Methoden oder Zusammensetzungen beschreiben, die in oder als Elektrolyseure verwendet werden können, und wenn die Autoren angeben, dass ihre Erfindungen irgendwie darauf abzielen, die Effizienz der in den Elektrolyseuren ablaufenden Prozesse zu verbessern. Darüber hinaus können die Erfindungen auch andere Probleme und andere Aspekte der Elektrolyse betreffen.

Nachfolgend finden Sie eine Liste der Top-Anmelder nach ihrem Patentanteil im Pool der jüngsten Patente zur Elektrolyse, die darauf abzielen, die Probleme der geringen Effizienz des Hauptprozesses zu lösen.

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)

Zur Herstellung von Wasserstoff können verschiedene Arten der Elektrolyse eingesetzt werden Wasser. In dieser Auswahl von Dokumenten macht OEL, das Dokumente umfasst, bei denen die Art der Elektrolyse nicht eindeutig identifiziert wurde, und Dokumente, die anderen Arten der Elektrolyse zugeordnet werden, fast die Hälfte aller Patente aus. Es folgen alkalische Elektrolyse, Polymerelektrolytmembranelektrolyse und Festoxidelektrolyse:

Recent patents by type of electrolysis

Eine weitere Aufschlüsselung umfasst spezielle Aspekte der Elektrolyse, die in den überarbeiteten aktuellen Patenten behandelt werden. Hier ist der Katalysator eindeutig das beliebteste Technologieelement. Es folgen Erfindungen, die Elektrolyseur, Anode und Kathode offenbaren:

Recent patents by special aspects of electrolysis

Nachfolgend sind die wichtigsten IPC-Indizes aufgeführt, die den jüngsten Patenten zur geringen Effizienz des Hauptprozesses bei der Elektrolyse von Wasser zugeordnet wurden:

Gemäß der Internationalen Patentklassifikation haben die oben genannten IPC-Indizes die folgenden Definitionen: C25B1/04 – durch Elektrolyse von Wasser; C25B11/091 – bestehend aus mindestens einem katalytischen Element und mindestens einer katalytischen Verbindung; bestehend aus zwei oder mehr katalytischen Elementen oder katalytischen Verbindungen; C25B11/06 – durch die verwendeten katalytischen Materialien; B82Y40/00 – Herstellung oder Behandlung von Nanostrukturen; C25B15/08 – Zufuhr oder Abfuhr von Reaktanten oder Elektrolyten; Regeneration von Elektrolyten; C25B9/19 – mit Membranen; B82Y30/00 – Nanotechnologie für Material- oder Oberflächenwissenschaften, z. B. Nanokomposite; C25B9/23 – bestehend aus Ionenaustauschmembranen, in oder auf denen Elektrodenmaterial eingebettet ist; C25B11/031 – Poröse Elektroden; C25B11/075 – bestehend aus einem einzelnen katalytischen Element oder einer katalytischen Verbindung.

In Bezug auf die Bewertungspunkte sind die folgenden die wichtigsten Dokumente in der betrachteten Sammlung:

Bewertung: 21
CN114196966B / CAS DICP Dalian Institute of Chemical Physics (CN) / Protonenmembran und CCM (Kontinuierliches Strommodul), integriertes Vorbereitungsverfahren und Gerät für PEM (Protonenaustauschmembran) Wasserelektrolyse;
US11078579B2 / Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (FR) / Komponente, die einen HTE-Elektrolyseur-Interkonnektor oder einen SOFC-Brennstoffzellen-Interkonnektor und zugehörige Produktionsprozesse bildet;
KR101991730B1 / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Anode für die alkalische Wasserelektrolyse und Verfahren zur Herstellung einer Anode für die alkalische Wasserelektrolyse;
JP6615682B2 / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Anode für die alkalische Wasserelektrolyse und Verfahren zur Herstellung einer Anode für die alkalische Wasserelektrolyse;
Bewertung: 20
CN112126946B / CAS DICP Dalian Institute of Chemical Physics (CN) / Verbundmembran für die Säure-Base-Wasserelektrolyse sowie Herstellungsverfahren und Anwendung davon;
CA3093203C / De Nora Permelec Ltd (JP); National University Corporation Yokohama National University (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Elektrolyseelektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung;
US10619255B2 / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Anode für die alkalische Wasserelektrolyse und Verfahren zur Herstellung einer Anode für die alkalische Wasserelektrolyse;
CA3018074C / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Anode für die alkalische Wasserelektrolyse und Verfahren zur Herstellung einer Anode für die alkalische Wasserelektrolyse;
CN108779563B / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Anode für die alkalische Wasserelektrolyse und Verfahren zur Herstellung einer Anode für die alkalische Wasserelektrolyse;
US11094953B2 / 3M Innovative Properties Company (US) / Elektrodenmembrananordnung mit Sauerstoffentwicklungskatalysatorelektroden und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben.

In dieser Sammlung umfassen die größten Patentfamilien derjenigen, die in den letzten fünf Jahren mindestens ein Patent veröffentlicht haben, 54, 38 und 26 Patentdokumente und werden durch die Kerndokumente US11018345B2, US11371153B2 bzw. US11459662B2 repräsentiert (das Kerndokument ist eine Basis). Dokument, für das eine vollständige Beschreibung der Erfindung in allgemein zugänglichen Patentdatenbanken verfügbar ist):

Verfahren und elektrochemische Zelle zur Steuerung elektrochemischer Reaktionen / 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, / Swiegers Gerhard Frederick; Nattestad Andrew; Antiohos Dennis; et al. / Aquahydrex PTY Ltd (AU) / Appl. Datum: 28.01.2019; Publ. Datum: 25.05.2021 / Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten / Kerndokument: US11018345B2 / Technologiekategorien: PEME / Technologieelemente: Els / Probleme: LEMP, HCM, LEHD / Technische Lösungstypen: M, C / Ansprüche: 26 / Bewertung: 16; das zweitjüngste Dokument dieser Familie wurde am 28.04.2020 veröffentlicht (US10637068B2);

Verfahren zum Betrieb eines Wasserelektrolysegeräts / P: US11371153B2 / IPC: C25B15/02, C02F1/42, C25B15/08, C25B13/08, C25B1/04, C25B9/19, C25B9/23, C25B9/73 / Höller Stefan / Hoeller Electrolyzer GmbH (DE) / Appl. Datum: 23.04.2018; Publ. Datum: 28.06.2022 / Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten / Kerndokument: US11371153B2 / Technologiekategorien: PEME / Technologieelemente: SAW / Probleme: LEMP, HORR / Technische Lösungstypen: D, M / Ansprüche: 17 / Bewertung: 16; Die neuesten Dokumente dieser Familie wurden am 06.04.2023 (AU2018257600B2) und 09.02.2023 (AU2017411874B2) veröffentlicht.

Elektrochemischer Reaktor mit flüssigkeitsabweisender poröser Membran / 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 / Murahara Masataka / M Hikari & Energy Laboratory Co., Ltd (JP) / Appl. Datum: 22.07.2019; Publ. Datum: 04.10.2022 / Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten / Kerndokument: US11459662B2 / Technologiekategorien: OEL / Technologieelemente: Els / Probleme: LEMP, HCG / Technische Lösungstypen: D / Ansprüche: 8 / Bewertung: 12; das aktuellste Dokument dieser Familie wurde am 21.06.2023 veröffentlicht (EP3042717B1).

Die folgenden Abkürzungen werden in den oben genannten Dokumenten verwendet: C – Zusammensetzung; D – Gerät; M – Methode; OEL - Sonstige Elektrolyse; PEME – Polymerelektrolyt-Membranelektrolyse; Els - Elektrolyseur; SAW – System als Ganzes; HCG – Im Allgemeinen hohe Kosten; HCM – Hohe Materialkosten; HORR – Hohe Betriebskosten / Reparatur und Austausch; LEMP – Geringe Effizienz / Hauptprozess.

Nachfolgend finden Sie kurze Zusammenfassungen der Dokumente aus den oben genannten größten Patentfamilien:

Das Patent US11018345B2 wurde am 25.05.2021 an Aquahydrex PTY Ltd (AU) erteilt. Es offenbart einen Entwurf einer elektrochemischen Zelle und ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Zelle besteht aus einer Gasdiffusionselektrode, einer Flüssigelektrolytkammer und einem Gasbereich, getrennt durch eine nichtleitende „…poröse, gasdurchlässige Polymermembran mit einem Benetzungsdruck von mehr als 0,2 bar“ (z. B. Membran aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE)). das für den Elektrolyten im Wesentlichen undurchlässig ist und eine Porengröße von 50–500 nm aufweist. Der Benetzungsdruck der Gasdiffusionselektrode ist derselbe wie der der porösen Membran, die an dieser Elektrode haftet. Ein poröses leitfähiges Material wird durch ein Bindemittel, das einen Katalysator umfasst, an der Membran befestigt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Elektrolytkammer ein Druck angelegt, der um mindestens 0,2 bar höher ist als im Gasbereich. Die vorgeschlagene Druckdifferenz wird durch ein Druckmessgerät und ein Regelgerät zwischen 0,1 bar und 0,3 bar unter dem Benetzungsdruck gehalten.
Die Autoren erwähnen, dass die Erfindung Probleme wie Energieeffizienz und Kosten angeht, die beispielsweise mit der Herstellung von Geräten und Katalysatoren zusammenhängen.
Das Patent gehört zu einer Patentfamilie, die 54 Dokumente umfasst, die zwischen 2015 und 2021 in den USA, AU, CA, WO, KR, RU, BR, EP, JP, MX und CN veröffentlicht wurden.

Von der Redaktion