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注目すべき技術やイノベーショントレンドに関するアナリストの見解を提供

特許トレンド:燃料電池パワートレイン

ラックスリサーチ

運輸分野における脱炭素化への競争は、バッテリー式電気自動車(BEV)を中心に、確実に進行しています。自動車メーカーは、電気自動車の製造・販売のスケールアップに数億ドルを投資し、ますます厳しくなる二酸化炭素排出量規制に応えるべく、積極的な目標を設定してきました。しかし、燃料電池自動車(FCEV)は依然として脱炭素化の議論の一部として存在するため、BEVのみがゼロエミッション・パワートレインへの道筋ではありません。

日産リーフが初めて発売される2年前、Honda FCX Clarityが2008年に発売されたにもかかわらず、FCEVは主にコストが高い点と燃料供給インフラの不足に悩まされてきたため、現在、BEVはFCEVの販売台数を1桁上回ります。燃料電池パワートレインにおけるイノベーションは、コスト削減につながります。このブログでは、燃料電池パワートレインの各コンポーネントにおけるイノベーション動向を理解するために、燃料電池パワートレインの主要なサブシステムを横断して特許出願動向を分析しました。最初の燃料電池自動車が道路に出た2010年代後半にはっきりとした隆起を見つけ、今また、燃料電池のより多くの展開を予見させるような動きが見られます。

特許動向:燃料電池パワートレイン(特許申請数)

POWERTRAIN PATENT ACTIVITY

触媒

触媒は、燃料電池の陽極と陰極の両方での反応を容易にするため、燃料電池において重要な役割を果たし、白金の使用により全システムコストの大部分を占めます。白金触媒は多孔質炭素シート(ガス拡散層)に埋め込まれ、高分子膜の両側に取り付けられます。イノベーションの多くは、白金含有量の削減、白金合金や白金でコーティングされた安価な金属などの代替構造の探索、またはドープされたグラフェンや遷移金属の炭化物や窒化物などの白金の代替構造の探索に焦点を当てています。最終的に、有望な触媒は、優れた効率と出力を得るために高い活性と選択性を備えている必要がありますが、燃料電池の耐久性と寿命を確保するには、優れた安定性と耐被毒性も必要です。10年前時点での特許活動の多くは、白金負荷の低減に翻訳され、今日、白金の使用がパワートレインのコストに数千ドルではなく一桁少ない数百ドルを追加することを意味します。

膜電極接合体(MEA)

MEAは、電極で両面がコーティングされたイオン伝導性高分子膜で構成され、多孔質ガス拡散層と埋め込まれた触媒粒子で構成されています。ほとんどの市販の燃料電池膜は、ペルフルオロスルホン酸(PFSA)またはPFSAの変種のようなフッ素高分子化学を有しますが、この分野のイノベーション活動は、新しい高分子電解質組成、多孔質ガス拡散層、およびMEAの全体的な設計に焦点を当てています。

車載電池市場動向を理解する(ラックスリサーチ)

燃料電池スタック

単一の燃料電池は1Vの電位しか生成できず、通常は1 kW未満の電力しか生成できないため、車両に適した出力を実現するために、多くのMEAが燃料電池スタックとして積み重ねられます。これには、セルを直列に接続して電圧を上げるバイポーラプレートと、水素をアノードに、空気をカソードに向けるフローチャネルをサポートするものが含まれます。

タンクストレージ

今日、タンクを使用して圧縮ガスを貯蔵することが水素貯蔵の最も一般的な方法であり、通常は700バールで、通常はタイプIVタンクが必要です。IV型タンクは、構造用炭素繊維強化ポリマー(CRFP)で囲まれた漏洩を防止するための内部高密度ポリマー層から成ります。液体貯蔵は大気圧で-253°C未満の温度を必要とするため、ほとんどの車両用途には不向きです。他のすべての特許分野と比較して、この分野にてこの10年間で最も劇的なイノベーション活動の増加が見らレました。これは、主に車両内でのタンクの配置に関する車両設計関連の特許数の増加や、水素タンクを補完するさまざまなセンサーやコンポーネントの特許数の増加によるものと思われます。

固体水素貯蔵

固体水素貯蔵は、はるかに初期段階の水素貯蔵材料であり、まだほとんどが研究室での実験段階、あるいは開発段階にあります。これらのシステムは、圧縮タンクに水素を貯蔵する代わりに、有機金属フレームワーク(MOF)や金属水素化物などの固体材料の表面または内部に水素を貯蔵します。この方法は、水素貯蔵密度の向上に加え、円筒形である必要があるタンクと比較してより柔軟なパッケージングにつながる可能性があります。ただし、これらのシステムは通常、水素を効率的に放出するために高温を必要とし、タンクシステムと比較してコストが高くなります。 そのため、近年、特許活動は減少しています。

 #LUXTAKE(ラックスリサーチの見解)

概して、これらの特許の傾向は、水素燃料電池が実験室規模から商業的に実行可能な技術へと移行したことを示しています。BEV開発と同様に、触媒とMEAの基本的な化学の進歩は、車両の操作を可能にする水素タンクなど、より多くの車両エンジニアリング固有のコンポーネントに取って代わられました。車載電池のイノベーションは、BEVの重要なイネーブラーでしたが、今日、大量生産を推進しているのは、多くの車両を支える技術プラットフォームの開発と、それらを支える車両レベルのエンジニアリングです。

この分野に関心を持つ企業は、燃料電池のパワートレインにおいても同様に、水素燃料電池プラットフォームの発表に今後注目すべきです。ただし、燃料補給インフラの不足や、自動車メーカーによる注力レベルはかなり少ないため、BEV販売数と比較してはるかに低い普及率が予想されます。

 

※本ブログ記事は、英文の記事を翻訳したものです。原文記事はこちらからご確認いただけます

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