Водород

Aenert news. Invention analysis
Производство водорода посредством электролиза воды имеет огромное значение в современном мире. Как альтернативный способ производства электроэнергии, он предлагает потенциал для решения глобальных проблем, связанных с устойчивым развитием и изменением климата. Он предлагает обществу разнообразный набор преимуществ, включая декарбонизацию энергетического сектора в тех случаях, когда энергия производится из экологически чистых источников, хранение энергии и балансировку энергосистемы, что важно для сообществ, производящих электроэнергию из непостоянных источников, более экологичный транспорт и промышленный сектор, а также энергетику. независимость.

Одним из основных аспектов производства водорода электролизом воды является эффективность основного процесса. Он отражает производительность самой электролизной ячейки и ее основных компонентов – катода, анода, сепаратора и задействованных катализаторов. Он может включать такие важные аспекты, как энергоэффективность процесса, время запуска, стабильность процесса, активность катализаторов и других элементов, способных обеспечить высокую скорость реакции и т. д.

Ниже представлен краткий обзор последних патентов, связанных с усовершенствованиями. эффективности основного процесса получения водорода электролизом воды. Для целей данного обзора мы собрали 2000 патентов, опубликованных за последние 5 лет. Патенты считаются применимыми к рассматриваемому предмету, когда они описывают устройства, методы или композиции, которые могут использоваться в электролизерах или в качестве них, и где авторы указывают, что их изобретения каким-либо образом направлены на повышение эффективности процессов, происходящих в электролизерах. Помимо этого, изобретения могут также касаться других проблем и других аспектов электролиза.

Ниже приведен список крупнейших заявителей по доле патентования в пуле последних патентов по электролизу, направленных на решение проблем низкой эффективности основного процесса.

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)

Для получения водорода из вода. В этой подборке документов OEL, куда входят документы, в которых тип электролиза четко не определен, и документы, относящиеся к другим видам электролиза, составляют почти половину всех патентов. За ним следуют щелочной электролиз, мембранный электролиз с полимерным электролитом и твердооксидный электролиз:

Recent patents by type of electrolysis

Другая проблема включает в себя особые аспекты электролиза, описанные в недавних пересмотренных патентах. Здесь катализатор, очевидно, является самым популярным технологическим элементом. Далее следуют изобретения, раскрывающие электролизер, анод и катод:

Recent patents by special aspects of electrolysis

Ниже приведены верхние индексы МПК, присвоенные недавним патентам на низкую эффективность основного процесса электролиза воды:

Согласно Международной патентной классификации приведенные выше индексы МПК имеют следующие определения: C25B1/04 - электролизом воды; C25B11/091 - состоящий по меньшей мере из одного каталитического элемента и по меньшей мере одного каталитического соединения; состоящие из двух или более каталитических элементов или каталитических соединений; C25B11/06 - по используемым каталитическим материалам; B82Y40/00 - Производство или обработка наноструктур; C25B15/08 - Подача или удаление реагентов или электролитов; Регенерация электролитов; С25В9/19 - с диафрагмами; B82Y30/00 - Нанотехнологии в области материаловедения или науки о поверхности, например нанокомпозиты; C25B9/23 - содержащие ионообменные мембраны, в которые встроен электродный материал; C25B11/031 - Пористые электроды; C25B11/075 - состоящий из одного каталитического элемента или каталитического соединения.

Что касается рейтинговых баллов, наиболее известными документами в рассматриваемой коллекции являются следующие документы:

Рейтинг: 21
CN114196966B / CAS DICP Даляньский институт химической физики (CN) / Интегрированный метод подготовки и устройство протонной мембраны и CCM (модуль постоянного тока) для PEM. (протонообменная мембрана) электролиз воды;
US11078579B2 / Commissariat à l'énergie атомной энергии и альтернативным источникам энергии (FR) / Компонент, составляющий соединительную муфту электролизера HTE или соединительную муфту топливного элемента ТОТЭ и соответствующие производственные процессы;
KR101991730B1 / De Nora Permelec Ltd (Япония); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Анод для щелочного электролиза воды и способ изготовления анода для щелочного электролиза воды;
JP6615682B2 / De Nora Permelec Ltd (Япония); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Анод для щелочного электролиза воды и способ изготовления анода для щелочного электролиза воды;
Рейтинг: 20
CN112126946B / CAS DICP Даляньский институт химической физики (CN) / Композитная мембрана для электролиза кислотно-щелочной воды, метод ее приготовления и применения;
CA3093203C / De Nora Permelec Ltd (Япония); Национальная университетская корпорация Йокогамского национального университета (JP); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Электролизный электрод и способ его изготовления;
US10619255B2 / De Nora Permelec Ltd (Япония); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Анод для щелочного электролиза воды и способ изготовления анода для щелочного электролиза воды;
CA3018074C / De Nora Permelec Ltd (Япония); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Анод для щелочного электролиза воды и способ изготовления анода для щелочного электролиза воды;
CN108779563B / De Nora Permelec Ltd (Япония); Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (JP) / Анод для щелочного электролиза воды и способ изготовления анода для щелочного электролиза воды;
US11094953B2 / 3M Innovative Properties Company (США) / Узел электродной мембраны с электродами-катализатором выделения кислорода, а также способы его изготовления и использования.

В этом сборнике крупнейшие семейства патентов, имеющих хотя бы один патент, опубликованный за последние пять лет, включают 54, 38 и 26 патентных документов и представлены базовыми документами US11018345B2, US11371153B2 и US11459662B2 соответственно (базовый документ является базовым). документ, полное описание изобретения для которого имеется в общедоступных патентных базах данных):

Способ и электрохимическая ячейка для управления электрохимическими реакциями / 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, / Свигерс Герхард Фредерик; Наттестад Эндрю; Антиохос Деннис; и другие. / Aquahydrex PTY Ltd (Австралия) / Прил. дата: 28.01.2019; Опубл. дата: 25.05.2021 / Ведомство США по патентам и товарным знакам / Базовый документ: US11018345B2 / Категории технологий: PEME / Элементы технологии: Els / Проблемы: LEMP, HCM, LEHD / Типы технических решений: M, C / Претензий: 26 / Рейтинг: 16; второй самый последний документ в этом семействе был опубликован 28 апреля 2020 г. (US10637068B2);

Способ эксплуатации устройства электролиза воды / P: US11371153B2 / МПК: C25B15/02, C02F1/42, C25B15/08, C25B13/08, C25B1/04, C25B9/19, C25B9/23, C25B9/73 / Höller Stefan / Hoeller Electrolyzer GmbH (Германия) / Appl. дата: 23.04.2018; Опубл. дата: 28.06.2022 / Ведомство США по патентам и товарным знакам / Базовый документ: US11371153B2 / Категории технологий: PEME / Элементы технологии: SAW / Проблемы: LEMP, HORR / Типы технических решений: D, M / Претензий: 17 / Рейтинг: 16; самые последние документы этого семейства были опубликованы 06.04.2023 (AU2018257600B2) и 09.02.2023 (AU2017411874B2).

Электрохимический реактор, содержащий пористую мембрану, отталкивающую жидкость / 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 / Мурахара Масатака / M Hikari & Energy Laboratory Co., Ltd (JP) / Прил. дата: 22.07.2019; Опубл. дата: 04.10.2022 / Ведомство США по патентам и товарным знакам / Базовый документ: US11459662B2 / Категории технологий: OEL / Элементы технологии: Els / Проблемы: LEMP, HCG / Типы технических решений: D / Претензий: 8 / Рейтинг: 12; самый последний документ этого семейства был опубликован 21 июня 2023 г. (EP3042717B1).

В вышеприведенных документах используются следующие сокращения: С – Состав; Д – Устройство; М – Метод; ОЭЛ - Прочий электролиз; PEME – Полимерный электролит мембранного электролиза; Элс – Электролизер; ПАВ — Система в целом; ХГЧ – Высокая стоимость в целом; HCM – Высокая стоимость материалов; УЖАС – Высокие эксплуатационные расходы / Ремонт и замена; LEMP – Низкая эффективность/Основной процесс.

Ниже мы приводим краткое изложение документов из вышеуказанных крупнейших семейств патентов:

Патент US11018345B2 был выдан компании Aquadrivex PTY Ltd (Австралия) 25 мая 2021 года. Он раскрывает конструкцию электрохимической ячейки и способ ее работы. Ячейка содержит газодиффузионный электрод, камеру с жидким электролитом и газовую область, разделенные непроводящей «…пористой газопроницаемой полимерной мембраной, имеющей давление смачивания более 0,2 бар» (например, мембрана из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE)). который практически непроницаем для электролита и имеет размер пор 50-500 нм. Давление смачивания газодиффузионного электрода такое же, как и у пористой мембраны, которая приклеена к этому электроду. Пористый проводящий материал прикреплен к мембране с помощью связующего материала, содержащего катализатор. Согласно способу изобретения в камере с электролитом прикладывают давление с перепадом давления, по меньшей мере, на 0,2 бар выше, чем в газовой зоне. Предложенный перепад давления поддерживается устройством измерения давления и устройством управления на уровне от 0,1 до 0,3 бар ниже давления смачивания.
Авторы отмечают, что изобретение решает такие проблемы, как энергоэффективность и затраты, например, связанные с производством оборудования и катализаторов.
Патент принадлежит к семейству патентов, состоящему из 54 документов, опубликованных в США, Австралии, Канаде, WO, KR, RU, BR, EP, JP, MX и CN в период с 2015 по 2021 год.

Редакционный совет