Hidrógeno

Aenert news. Invention analysis
La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua tiene una inmensa importancia en el mundo moderno. Como forma alternativa de producir energía, ofrece el potencial de abordar los desafíos globales relacionados con la sostenibilidad y el cambio climático. Ofrece un conjunto diverso de ventajas para una sociedad, incluida la descarbonización del sector energético en los casos en que la energía se produce a partir de fuentes verdes, el almacenamiento de energía y el equilibrio de la red, que es importante para las comunidades que producen energía a partir de fuentes intermitentes, un transporte y un sector industrial más ecológicos, y energía. independencia.

Uno de los aspectos principales en la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es la eficiencia del proceso principal. Representa el rendimiento de una celda de electrólisis en sí y sus componentes principales: cátodo, ánodo, separador y catalizadores involucrados. Puede incluir aspectos tan importantes como la eficiencia energética del proceso, el tiempo de inicio, la estabilidad del proceso, la actividad de los catalizadores y otros elementos que pueden asegurar una alta velocidad de reacción, etc.
A continuación se muestra una breve reseña de patentes recientes relacionadas con mejoras. en la eficiencia del proceso principal con respecto a la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua. A los efectos de esta revisión, recopilamos 2000 patentes publicadas en los últimos cinco años. Las patentes se consideran aplicables al tema bajo consideración cuando describen dispositivos, métodos o composiciones que pueden usarse en o como electrolizadores y donde los autores indican que sus invenciones están de alguna manera dirigidas a mejorar la eficiencia de los procesos que ocurren en los electrolizadores. Además de eso, las invenciones también pueden referirse a otros problemas y otros aspectos de la electrólisis.

A continuación se muestra una lista de los principales solicitantes por su participación en el conjunto de patentes recientes sobre electrólisis destinadas a resolver los problemas de baja eficiencia del proceso principal.

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)

Se pueden utilizar varios tipos de electrólisis para producir hidrógeno a partir de agua. En esta selección de documentos, OEL, que incluye documentos en los que el tipo de electrólisis no estaba claramente identificado y documentos atribuidos a otros tipos de electrólisis, representa casi la mitad de todas las patentes. Le siguen la electrólisis alcalina, la electrólisis de membranas de electrolitos poliméricos y la electrólisis de óxidos sólidos:

Recent patents by type of electrolysis

Otro desglose incluye aspectos especiales de la electrólisis cubiertos en las patentes recientes revisadas. En este caso, el catalizador es claramente el elemento tecnológico más popular. Le siguen las invenciones que describen electrolizador, ánodo y cátodo:

Recent patents by special aspects of electrolysis

A continuación se muestran los principales índices IPC que se asignaron a las patentes recientes sobre la baja eficiencia del proceso principal en la electrólisis del agua:

Según la Clasificación Internacional de Patentes, los índices IPC anteriores tienen las siguientes definiciones: C25B1/04 - por electrólisis del agua; C25B11/091 - compuesto por al menos un elemento catalítico y al menos un compuesto catalítico; que consta de dos o más elementos catalíticos o compuestos catalíticos; C25B11/06 - por los materiales catalíticos utilizados; B82Y40/00 - Fabricación o tratamiento de nanoestructuras; C25B15/08 - Suministro o eliminación de reactivos o electrolitos; Regeneración de electrolitos; C25B9/19 - con diafragmas; B82Y30/00 - Nanotecnología para materiales o ciencia de superficies, por ejemplo nanocompuestos; C25B9/23 - que comprende membranas de intercambio iónico en las que está incrustado material de electrodo; C25B11/031 - Electrodos porosos; C25B11/075 - compuesto por un único elemento catalítico o compuesto catalítico.

En términos de puntos de calificación, los siguientes son los documentos más destacados de la colección bajo consideración:

Calificación: 21
CN114196966B / CAS DICP Instituto Dalian de Física Química (CN) / Método y dispositivo de preparación integrados de membrana de protones y CCM (módulo de corriente continua) para PEM (membrana de intercambio de protones) electrólisis del agua;
US11078579B2 / Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies Alternatives (FR) / Componente que constituye un interconector de electrolizador HTE o un interconector de pila de combustible SOFC y procesos de producción asociados;
KR101991730B1 / De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Ánodo para electrólisis de agua alcalina y método para producir ánodo para electrólisis de agua alcalina;
JP6615682B2/De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Ánodo para electrólisis de agua alcalina y método para producir ánodo para electrólisis de agua alcalina;
Clasificación: 20
CN112126946B / CAS DICP Instituto Dalian de Física Química (CN) / Membrana compuesta para electrólisis ácido-base de agua y método de preparación y aplicación de la misma;
CA3093203C/De Nora Permelec Ltd (JP); Corporación Universitaria Nacional Universidad Nacional de Yokohama (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Electrodo de electrólisis y método para fabricarlo;
US10619255B2/De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Ánodo para electrólisis de agua alcalina y método para producir ánodo para electrólisis de agua alcalina;
CA3018074C/De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Ánodo para electrólisis de agua alcalina y método para producir ánodo para electrólisis de agua alcalina;
CN108779563B/De Nora Permelec Ltd (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Ánodo para electrólisis de agua alcalina y método para producir ánodo para electrólisis de agua alcalina;
US11094953B2 / 3M Innovative Properties Company (EE.UU.) / Conjunto de membrana de electrodo que tiene electrodos catalizadores de desprendimiento de oxígeno, y métodos para fabricarlo y utilizarlo.

En esta colección, las familias de patentes más grandes de aquellas que tienen al menos una patente publicada en los últimos cinco años comprenden 54, 38 y 26 documentos de patente y están representadas por los documentos principales US11018345B2, US11371153B2 y US11459662B2, respectivamente (el documento principal es una base documento cuya descripción completa de la invención está disponible en bases de datos de patentes de acceso general):

Método y celda electroquímica para la gestión de reacciones electroquímicas / 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 Andrés; Antiohos Dennis; et al. / Aquahydrex PTY Ltd (AU) / Apl. fecha: 28.01.2019; Publ. fecha: 25.05.2021 / Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos / Documento base: US11018345B2 / Categorías de tecnología: PEME / Elementos tecnológicos: Els / Problemas: LEMP, HCM, LEHD / Tipos de soluciones técnicas: M, C / Reclamaciones: 26 / Calificación: dieciséis; el segundo documento más reciente de esta familia fue publicado el 28.04.2020 (US10637068B2);

Método para operar un dispositivo de electrólisis de agua / 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. fecha: 23.04.2018; Publ. fecha: 28.06.2022 / Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos / Documento principal: US11371153B2 / Categorías de tecnología: PEME / Elementos tecnológicos: SAW / Problemas: LEMP, HORR / Tipos de soluciones técnicas: D, M / Reclamaciones: 17 / Calificación: 16; los documentos más recientes de esta familia fueron publicados el 04.06.2023 (AU2018257600B2) y el 02.09.2023 (AU2017411874B2).

Reactor electroquímico que comprende membrana porosa repelente de líquidos / 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) / Apl. fecha: 22.07.2019; Publ. fecha: 04.10.2022 / Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos / Documento principal: US11459662B2 / Categorías de tecnología: OEL / Elementos tecnológicos: Els / Problemas: LEMP, HCG / Tipos de soluciones técnicas: D / Reclamaciones: 8 / Calificación: 12; el documento más reciente de esta familia fue publicado el 21.06.2023 (EP3042717B1).

En los documentos anteriores se utilizan las siguientes abreviaturas: C - Composición; D - Dispositivo; M - Método; OEL - Otras electrólisis; PEME - Electrólisis de membrana de electrolito polimérico; Els - Electrolizador; SAW - Sistema en su conjunto; HCG - Alto costo en general; HCM - Alto costo de materiales; HORR - OPEX alto / Reparación y reemplazo; LEMP - Baja eficiencia / Proceso principal.

A continuación proporcionamos breves resúmenes de los documentos de las familias de patentes más importantes mencionadas anteriormente:

La patente US11018345B2 se concedió a Aquahydrex PTY Ltd (AU) el 25.05.2021. Revela un diseño de una celda electroquímica y un método de operación de la misma. La celda comprende un electrodo de difusión de gas, una cámara de electrolito líquido y una región de gas, separadas por una "membrana polimérica porosa permeable a los gases no conductora que tiene una presión de humectación superior a 0,2 bar" (por ejemplo, membrana de politetrafluoroetileno expandido (ePTFE)), que es sustancialmente impermeable al electrolito y tiene un tamaño de poro de 50-500 nm. La presión de humectación del electrodo de difusión de gas es la misma que la de la membrana porosa, membrana que está adherida a este electrodo. Un material conductor poroso está unido a la membrana mediante un material aglutinante que comprende un catalizador. Según el procedimiento según la invención, en la cámara de electrolito se aplica una presión con una diferencia de al menos 0,2 bar mayor que en la zona del gas. La diferencia de presión sugerida se mantiene mediante un dispositivo de medición de presión y un dispositivo de control entre 0,1 bar y 0,3 bar por debajo de la presión de humectación.
Los autores mencionan que la invención aborda problemas como la eficiencia energética y costos como los relacionados con la producción de equipos y catalizadores.
La patente pertenece a una familia de patentes que comprende 54 documentos publicados en EE. UU., AU, CA, WO, KR, RU, BR, EP, JP, MX y CN entre 2015 y 2021.

Por el consejo editorial