第 章調査概要 第 節調査目的我が国で使用している電力の大部分は石油 石炭 天然ガス等の化石燃料の燃焼による火力発電 あるいは水の位置エネルギーを利用する水力発電 核分裂を利用する原子力発電等により作られている 化石燃料は燃焼して電気エネルギーに変換されるときに温室効果ガスである二酸化炭素 (CO)

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1 平成 年度 特許出願技術動向調査報告書 ( 概要 ) 燃料電池 平成 年 月 特許庁 問い合わせ先 特許庁総務部企画調査課技術動向班 電話 :-8-( 内線 )

2 第 章調査概要 第 節調査目的我が国で使用している電力の大部分は石油 石炭 天然ガス等の化石燃料の燃焼による火力発電 あるいは水の位置エネルギーを利用する水力発電 核分裂を利用する原子力発電等により作られている 化石燃料は燃焼して電気エネルギーに変換されるときに温室効果ガスである二酸化炭素 (CO) を排出する 現在 我が国のエネルギー環境において 燃料電池は革新的なエネルギー高度利用技術として位置づけられている 燃料電池は水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させることにより 化学エネルギーを電気エネルギーへ直接的に変換する発電装置で 火力発電装置に比べ発電効率が高く 発電過程で NOx や SOx を排出しないクリーンなエネルギー源である 本報告書では 年度 年度の日米欧における特許技術動向調査に引き続き 日米欧と進展著しい中韓を加えた 極における燃料電池について 特許出願技術動向の調査を軸に研究開発動向 各国の産業技術政策 さらには市場環境について網羅的に調査した結果を報告する 第 節技術概要 () 燃料電池技術の変遷燃料電池は 燃料極 ( アノード ) 電解質 空気極( カソード ) から構成され 燃料や酸化剤を連続的に供給し 化学エネルギーを電気エネルギーと熱エネルギーに変換させる装置である 図 - に燃料電池の主たる技術変遷を示す 燃料電池の原理発見は 8 年にデービー卿 ( 英国 ) によるといわれている その後 89 年にグローブ卿 ( 英国 ) が白金電極を用い 水素と酸素を供給して発電が出来ることを証明した 現在の燃料電池の原型を発明したといえる 燃料電池の特許として 9 年ベーコン ( 英国 ) がアルカリ形燃料電池 (AFC: Alkaline Fuel Cell) の原型となる特許を取得している 米国 UTC 社がこのベーコン特許を買い上げて宇宙用に改良した PCA はアポロ計画に採用され 99 年アポロ 号に搭載された このタイプの AFC は現在もスペースシャトルに使用されている 一方 アポロ計画に先立ったジェミニ計画では 9 年ジェミニ 号にゼネラル エレクトリック (GE) 社製固体高分子形燃料電池 (PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell) が搭載された 米国では 軍事技術の民間転用により米経済を活性化させる目的で 9~9 年でターゲット計画が開始された 液体含浸形のりん酸形燃料電池 (PAFC: Phosphoric Acid Fuel Cell) が開発の主体になった 国内では 99 年 月 りん酸型燃料電池 (PAFC) 発電技術研究組合 が設立され 資源エネルギー庁の資金援助で加圧型,kW 常圧型,kW の実証試験が 99~99 年に行われた その後 溶融炭酸塩形燃料電池 (MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell) の開発も 日米政府の強力な支援を受けて実施されたが コスト 信頼性 耐久性の問題からメーカは撤退した - -

3 図 - 燃料電池主たる技術変遷 石油危機 8 年 9 年 9 年 9 年 9 年 98 年 99 年 年 年 年 年 燃料電池原理 試作 8 年 :Davy 卿 ( 英国 ) 燃料電池の原理発見 89 年 :Grove 卿 ( 英国 ) 現在の燃料電池の原型モデル実験に成功 9 年 :Nernst( 独国 ) SOFCの発電原理発見電解質 :YSZ Yttria Stabilized Zirconia 9 年 :Taitelbaum 液体燃料電池原理の発見 9 年 :Bauer( 独国 ) MCFC 試作 9 年 :Bauer( 独国 ) SOFC 試作 9 年 :Justi アルコールDMFC 原理の発見 9 年 :DuPont 社 Nafion 発明 98 年 : ムーンライト計画スタート 日本の状況 98 年 : 電気事業用 MW 級 PAFC 実証試験 99 年 : 電中研 kw 級 MCFC 発電試験成功 年 : ミレーニアム計画スタート燃料電池普及促進 年 NEF 定置式 PEFC の実証試験開始 -8 年 NEDO/NEF 家庭用 PEFC の大規模設置事業 - 年家庭用 SOFC の実証試験 9 年 エネファーム 補助事業一般家庭へ導入 年 SOFC 家庭用コジェネ補助対象 年 :FCV 普及元年 年 :FCV 万台目標 99 年 :Bacon( 英国 ) AFC 発電装置の試作 :kw 年 : トヨタ ホンダ FCV の限定販売開始 - 年 FCV の実証試験 PEFC Polymer Electrolyte Fuel Cell DMFC Direct Methanol Fuel Cell SOFC Solid Oxide Fuel Cell MCFC Molten Carbonate Fuel Cell 海外の状況 9 年 :GE 社 PEFC 開発着手 9 年 : 米国宇宙船用超寿命 PEFC 開発着手 98. 月米国 :PURPA(Public Utility Regulatory 9 年 Policies Act) 第 次風力発電ブームを招来ジェミニ 号にPEFC 搭載 (GE 社 ) 8 年代, 台の風力発電機 99 年,MW カリフォルニア kw アポロ kw 号に級風車へ AFC 搭載 (UTC 社 ) 9 年 :Target 計画 PAFC 開発開始 9 年 : 米国 Target 計画東京瓦斯 大阪瓦斯が参加 99 年 :Pal Alto, 研 UC Oakland Nafion 使用の MEA 構成の発明 98 年 : バラード社 ( カナダ ) 高性能 PEFC 開発 99 年 : ダイムラ - 社 / バラード社 PEFC-FCV 共同開発 99 年 : ダイムラ - 社 FCV Necar 発表 99 年 : 米国 FCV 実用化カリフォルニア州パートナーシップ結成 年 : ダイムラ - 社 / フォード社 / バラード社新会社設立 PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell 98 年半ば : GE 社の PEFC 技術を UTC 社に移譲 独国 SFC 社可搬式 DMFC を実用化し累計販売台数 万台超 NEDO: ( 独 ) 新エネルギー 産業技術総合開発機構 NEF: ( 財 ) 新エネルギー財団 FCV: 燃料電池自動車エネファーム : 家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの愛称 各種情報を基に JATIS 作成 上述の液体電解質の問題を回避するため 固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池 (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) 固体高分子形燃料電池(PEFC) 及び直接メタノール形燃料電池 (DMFC: Direct Methanol Fuel Cell) の開発へと向かった たとえば 現在注目されている固体電解質は PEFC DMFC 用としてデュポン社が発明したフッ素系のパーフルオロアルキルスルホン酸系ポリマー (Nafion: デュポン社の登録商標 ) 炭化水素系 フッ素 炭化水素系 無機系等が使用されている SOFC 用電解質には安定化ジルコニア系 セリア系 ランタンガレート系等が使用されている ~8 年 NEDO/NEF の 家庭用 PEFC の大規模設置事業 ~ 年の 家庭用 SOFC の実証試験 を経て 9 年 エネファーム 補助事業が開始され 一般家庭用 PEFC の販売が開始された 年からは家庭用 SOFC の販売も開始された 燃料電池自動車 (FCV) は ~ 年まで実証試験と水素インフラ整備が行われ 年が FCV 普及元年と位置づけられている () 技術俯瞰図図 - に技術俯瞰図を示す 燃料電池は俯瞰図に示すように電解質の種類により りん酸形 (PAFC) 溶融炭酸塩形(MCFC) 固体高分子形(PEFC) 固体酸化物形(SOFC) 更に 燃料の種類により直接メタノール形 (DMFC) のタイプが追加され 全体では 種類に分類される 各燃料電池はその技術構成内容により セル構成部材 発電ユニット システム等の技術区分に分類される 燃料電池の用途として低温作動 迅速起動が可能な PEFC は住宅用 自動車用に 燃料処理システムがシンプルである DMFC はモバイル用に 高温作動 高発電効率の SOFC は事業用複合発電システム等を目指し 実用化と普及が期待されている - -

4 産業術区分 材料技術技種類図 - 燃料電池の技術俯瞰図 応用システム モバイル用 住宅用 自動車用 燃料電池システム ( 補助機器 運転制御技術 製造 構造技術等 ) 産業用業務用 長寿命 購入系統連系補助電力購入金商品への適合性向上 発電ユニット モジュール スタック 単セル 制御技術 製造 構造技術 安全性 低価格 耐久性向上 信頼性向上 セル構成部材 電極 電解質 電解質膜 セパレータ 製造コスト低減 直接メタノール形燃料電池 (DMFC) 固体高分子形燃料電池 (PEFC) りん酸形燃料電池 (PAFC) 溶融炭酸塩形燃料電池 (MCFC) 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) 燃料電池 材料技術 ( 電極材料 電解質材料 セパレータ材料 ) セル製造 構造技術 ( 接合 構造 部材製造技術等 ) 燃料電池の実用化に向けた技術 制御技術 ( 補助機器制御 運転制御技術等 ) 図 - に具体的システムとして一般家庭用に販売が開始されている家庭用 PEFC コジェネシステムを示す 図 - 家庭用 PEFC コジェネシステム セル構成部材は 電解質の両側の燃料極 空気極触媒層 更にその外側に設置されている燃料極 空気極拡散層 更に外側に設置されているセパレータ 冷却板で構成されている スタックは複数のセル構成部材で構成され 更に モジュールは複数のスタックで構成され - -

5 ている システムは改質器 変成器 CO 除去器等の燃料系 ブロア 加湿器で構成される空気処理系 冷却系 給湯系及び発電した直流を交流に変換するインバータ等の電力変換装置等で構成されている 第 章特許動向調査第 節調査方法燃料電池に関する特許出願動向について 全体動向調査 ( 出願及び登録 ) 技術区分動向調査 注目研究開発テーマの動向調査 出願人別動向調査及び重要特許の調査を行った () 特許情報検索特許情報データベースにはトムソン ロイター社の Derwent World Patents Index( 以下 DWPI と呼ぶ ) を用い 検索は Dialog で行った IPC 分類は HM8/-8/ と HM/8-/98 を指定した 対象期間は年ベースで ~9 年とした 発行国 ( 出願先 ) の指定は行わず 全 DWPI 収録国 機関を対象とした このうち旧国名等を除いた下記 9 発行国 機関が本調査の対象である DWPI 収録の 9 発行国 機関 アルゼンチン オーストリア オーストラリア ベルギー ブラジル カナダ スイス 中国 チェコ ドイツ デンマーク 欧州特許庁 スペイン フィンランド フランス 英国 ハンガリー アイルランド イスラエル イタリア インド 日本 韓国 ルクセンブルグ メキシコ オランダ ノルウェー ニュージーランド フィリピン ポルトガル ルーマニア ロシア スウェーデン シンガポール スロバキア 台湾 米国 PCT 国際出願 南アフリカ該当件数は 9, 件 国内外の内訳は 国内パテントファミリーが 9,88 件 外国パテントファミリーが 9, 件である 検索を実施したのは 年 月 日で 調査対象期間である出願 ( )9 年の末から 8 カ月が経過したばかりである 特許が公開されてから DWPI にデータが収録されるまでには 発行国からデータベース会社にデータ提供されるまでのタイムラグと データベース会社の作業期間が必要である また PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 従って 本調査報告書における 8 年 9 年出願のデータは 真の数値より若干少ないであろうことに留意する必要がある () 特許調査方法全体動向調査を行うにあたっては まず燃料電池に関係のない特許を除外する いわゆるノイズ落としを行った 検索結果の 9, 件中 ノイズは,8 件でノイズ率は.% であった 残った, パテントファミリーが全体動向調査の対象で その中に含まれる出願件数は合計, 件である 出願人に関する調査は 共同出願の分析以外は筆頭出願人のみを対象とした 出願人国籍を 欧州国籍 とする国は 以下に示す EPC 加盟 8 カ国である また出願先として 欧州 とするのは EPC 加盟国のうち DWPI 収録国である カ国と欧州特許庁 (EPO) である EPC 加盟 8 カ国 ( 年 月現在 ) オーストリア ベルギー ブルガリア クロアチア キプロス チェコ デンマーク - -

6 エストニア フィンランド フランス ドイツ ギリシア ハンガリー アイスランド アイルランド イタリア ラトビア リヒテンシュタイン リトアニア ルクセンブルク マルタ モナコ オランダ ノルウェー ポーランド ポルトガル ルーマニア サンマリノ スロバキア スロベニア スペイン スウェーデン スイス マケドニア旧ユーゴスラビア トルコ イギリス アルバニア セルビア 欧州とみなす発行国(DWPI に収録されている EPC 加盟国 カ国と欧州特許庁 ) オーストリア ベルギー スイス チェコ ドイツ デンマーク スペイン フィンランド フランス イギリス ハンガリー アイルランド イタリア ルクセンブルク オランダ ノルウェー ポルトガル ルーマニア スウェーデン スロバキア 第 節全体動向調査 () 年度調査結果の継続表示図 - に前回実施した 年度の燃料電池に関する特許出願技術動向調査結果 ( 調査対象期間 :998 年 ~ 年 ) に 今回の 年 ~9 年まで 年間の調査結果を合わせ 過去 年間の特許出願動向を示す 前回調査では日米欧への出願を調査対象としていたため 今回のデータも同様にして実線の折れ線で示している 一方 図中の破線は今回調査の対象である中国と韓国を加えた日米欧中韓の出願件数推移を示している 日米欧への出願は 年頃にピークをむかえ 年以降は減少傾向にあるように推測される なお 前回調査の 年と 年 今回調査の 8 年以降の出願件数はデータベース収録遅れ等のため 全データを反映していないことに留意する必要がある 図 - 出願先国別出願件数比率 出願件数推移 欧州, 件 9.% 米国,8 件.% 日米欧合計, 件 含中韓 :,8 件 日本,8 件.8% 出願件数,, 8,,,, 出願先国 998~9 年,,8,,,9,,,,889 8, 9, 8,,,9,88,, 出願年 ( 年 ) 日本米国欧州合計中韓追加 注 : 年 年 及び 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある () 日米欧中韓への出願動向調査対象期間 ( ~9 年 ) における 燃料電池に関する特許の日米欧中韓への出願件数推移及び比率を図 - に示す 日米欧中韓への出願件数合計は,9 件であり これは DWPI 全収録国への合計出願件数, 件の 8.% を占める 出願先では日本が.% と最多で 次いで米国.% 欧 - -

7 州.% 中国.% 韓国 9.8% と続く 全体の推移を見ると 年から 年に微増した後 減少の傾向が見受けられる 図 - 出願先国別出願件数推移及び比率 ( 日米欧中韓への出願 ), 合計,9 件 韓国, 件中国 9.8%,8 件.% 欧州, 件.% 米国, 件.% 日本 9, 件.% 出願件数,, 8,,,, 出願先国,, 9,,88, 8 9 出願年 ( 年 ) ~9 年 日本米国欧州中国韓国合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 出願人国籍別出願件数推移及び比率を図 - に示す 日本国籍が 8.% と最多で 出願先国別の.% よりも更に高い比率を占める 次いで韓国籍 米国籍 欧州国籍がそれぞれ.%.%.% と拮抗し 中国籍は.% と低率である 個別の出願人国籍別推移を見ると 中国籍がほぼ横ばいであるのを除いて 日米欧韓は概ね全体と同じ減少傾向にある 図 - 出願人国籍別出願件数推移及び比率 ( 日米欧中韓への出願 ),9 件.9% 合計,9 件,,,,, 9, ~9 年 中国籍, 件.% 韓国籍,9 件.% 出願件数 8,,,88, 欧州国籍,8 件.% 米国籍,99 件.% 日本国籍,8 件 8.%,, 出願人国 8 9 出願年 ( 年 ) 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 日米欧中韓への出願先国別登録件数推移及び比率を図 - に示す 日米欧中韓での登録件数合計は,8 件であり その推移を見ると出願件数にも増して急激に減少している 出願してから 審査請求 審査を経て登録に至るには一般に数年の期間を要するから 調査を実施した 年時点ではまだ審査請求されていない あるいは審査中のものが多数あるはずであり 今後登録件数は増加するであろうが 前述の通り出願件数が減少傾向にあるので - -

8 登録件数が経年で増加傾向に転じる可能性は低いと思われる 出願先国別の内訳は 比率が高い順に韓国.% 米国.% 日本.% 中国.% 欧州 % であり 出願件数比率とは大きく様相が異なる 図 - 出願先国別登録件数推移及び比率 ( 日米欧中韓への出願 ) 合計,8 件 韓国,9 件.% 中国 8 件.% 欧州 件.% 日本 9 件.% 米国,8 件.% 登録件数,,,, 出願先国,9, 出願年 ( 年 ) ~9 年 日本米国欧州中国韓国合計 図 - には出願人国籍別の登録件数及び比率を示す 出願件数の比率 ( 図 -) と比べると.% だった韓国籍が.% と大幅に拡大して最大になる一方 日本国籍は 8.% から.% と大幅に比率を下げている 米国籍は微増 欧州国籍は微減 中国籍は全体に占める割合としては大きくないものの.% から 8.8% に拡大している 図 - 出願人国籍別登録件数推移及び比率 ( 日米欧中韓への出願 ) 件.% 合計,8 件,,,9, ~9 年 韓国籍,9 件.% 中国籍 8 件 8.8% 日本国籍, 件.% 米国籍 件.% 欧州国籍 件 9.% 登録件数,, 出願人国籍 出願年 ( 年 ) 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 合計 - -

9 () 全体動向まとめ日本 米国 欧州 中国及び韓国への出願における 出願先国別出願人国籍別の出願件数収支を図 - に示す 矢印の太さは件数に比例している 日本は他の全ての国との間で収支が大幅にプラスであることが一見してわかる 対照的に中国は全ての国との間で収支が大幅にマイナスである 韓国は 日本以外の 国に対してプラス収支であり 中でも米国に対する出願はプラス収支幅も件数の絶対値も大きい 米国から欧州への出願は,8 件 欧州から米国へは 88 件で 各々他国への出願件数としては最大である 日本への出願件数は少ない 図 - 出願先国別出願人国籍別出願件数収支 ( 日米欧中韓への出願 ) 米国籍 件.8% 欧州国籍 99 件.% 中国籍韓国籍 件 8 件.%.% 8 件.9% 日本への出願 9, 件 米国への出願, 件 中国籍 件.% 欧州国籍 88 件.% 韓国籍 9 件.% 8 件.9% 米国籍, 件.% 日本国籍,8 件.%,8 件 件, 件 件 日本国籍,8 件 9.% 8 件 件,8 件 88 件 99 件,8 件 韓国籍 件.9% 中国籍 件.% 欧州国籍,8 件.% 件.% 欧州への出願, 件 日本国籍,8 件.% 米国籍,8 件 8.% 件 件 件 9 件 88 件 件 中国への出願,8 件 韓国籍 件 9.% 中国籍, 件.8% 8 件.% 欧州国籍 件 9.% 日本国籍, 件.% 米国籍 件.% 件 件 8 件 件 韓国籍, 件.% 9 件.% 日本国籍 件.% 米国籍 件.% 欧州国籍 88 件.% 中国籍 8 件.% 韓国への出願, 件 出願人が重要と考えた特許は 複数の国に出願されていると考えられる そこで重要性の高い特許群を抽出する方法として 複数の国 (PCT 出願は除く ) への出願があるパテントファミリー,8 件 ( 全, 件の.8%) に限定し その出願動向を分析した この,8 ファミリー中の日米欧中韓への出願計, 件について 出願人国籍別出願件数推移及び比率を図 - に示す 出願人国籍別比率は大きい順に日本国籍.% 米国籍.8% 欧州国籍.% 韓国籍.9% 中国籍.% である - 8 -

10 図 - 出願先国複数ファミリーの出願人国籍別出願件数推移及び比率 ( 日米欧中韓への出願 ) 中国籍 件.% 欧州国籍,89 件.% 韓国籍, 件.9% 8 件.% 米国籍,88 件.8% 合計, 件 日本国籍 9, 件.%,,, 出, 願件, 数,, 出願人国籍,,,,, 8 9 出願年 ( 年 ) 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 ~9 年 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 第 節技術区分別動向調査 () 日米欧中韓への出願 燃料電池の種類別 出願人国籍別件数日米欧中韓への燃料電池の種類別出願件数比率と推移を図 -8 に示す 固体高分子形燃料電池 (PEFC).% 固体酸化物形燃料電池(SOFC).% 直接メタノール形燃料電池 (DMFC).% と この タイプで全体の 8% の出願比率を示す 図 -8 燃料電池種類別出願件数比率と推移 バイオ 9 件.% レドックス 9 件.% PAFC 8 件.% MCFC 9 件.8% AFC 件.% SOFC, 件.% 8 件.% 特定せず,88 件.8% DMFC,89 件.% 合計 8, 件 PEFC, 件.% 記載率 9.9% 出願件数 9, 8,,,,,,,, 種類別,,,9,, 8 9 出願年 ( 年 ) ~9 年 PEFC DMFC AFC SOFC MCFC PAFC レドックス 特定せず バイオ 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 燃料電池種類別出願件数の多い PEFC DMFC SOFC の出願人国籍別出願件数比率および推移を図 -9 図 - 図 - にそれぞれ示す いずれのタイプでも日本国籍出願は半数を超えているが 全体の出願件数は減少傾向にある 但し SOFC の減少傾向は他の タイプより緩やかである - 9 -

11 図 -9 固体高分子形燃料電池 (PEFC) の出願人国籍別出願件数比率および推移 中国籍 件.% 欧州国籍,8 件 8.9% 韓国籍, 件.9% 9 件.% 合計, 件,,, 出願, 件数,,,9,,9, ~9 年, 米国籍, 件.% 日本国籍,8 件.% 出願人国籍 8 9 出願年 ( 年 ) 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 - 直接メタノール形燃料電池 (DMFC) の出願人国籍別出願件数比率および推移 8 件.% 合計,89 件,,,,, 99 ~9 年 中国籍 件.8% 韓国籍 件.% 出願件数 欧州国籍 8 件.% 米国籍 件.% 日本国籍,9 件.% 出願人国籍 8 9 出願年 ( 年 ) 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 - 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) の出願人国籍別出願件数比率および推移 韓国籍 件中国籍.% 件.% 欧州国籍 8 件 8.% 米国籍 8 件 8.% 98 件.% 合計, 件 日本国籍, 件.% 出願件数,,, 8 出願人国籍,,, 出願年 ( 年 ) 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 ~9 年 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 燃料電池の用途別 出願人国籍別件数図 - に燃料電池用途別出願件数比率と推移を示す 用途に関する記載率は全体の.% - -

12 である 自動車等の移動体に関する出願が.% 住宅用やモバイル機器等の個別用途に関する出願が 8.% とこの 用途で 8% を占める 図 - 用途別出願件数比率と推移 記載率.% 合計 8,,,,,98, ~9 年 個別, 件 8.%, 件.% 移動体 9,88 件.% 出願件数,,,,,9,8 業務用, 件.% 用途別 8 9 出願年 ( 年 ) 移動体業務用個別合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 - に乗用 貨物自動車に関する出願人国籍別出願件数比率と推移を示す 日本国籍出願人が第一位で 8.% 次いで米国籍が.% 欧州国籍が.% 韓国籍が.% と続く 出願の牽引役である日本国籍出願人の出願が減少しているため 全体の出願動向は直近の 9 年を除いても減少傾向にある 図 - 乗用 貨物自動車に関する出願人国籍別出願件数比率と推移 欧州国籍 9 件.% 中国籍 件.% 韓国籍 件.% 8 件.8% 合計 8,8 件,, 出, 願件数,,,8,98, ~9 年 8 米国籍, 件.% 日本国籍, 件 8.% 出願人国籍 8 9 出願年 ( 年 ) 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある モバイル用 ( 携帯機器用 ) と家庭用 住宅用 ( 定置型 ) について出願人国籍別比率と出願推移をそれぞれ図 - 図 - に示す いずれも日本国籍出願人からの出願が多い - -

13 図 - モバイル用 ( 携帯機器用 ) に関する出願人国籍別出願件数比率と推移 中国籍 8 件.% 欧州国籍 件.% 米国籍 件.9% 韓国籍 89 件.% 8 件.% 合計,9 件 日本国籍, 件.% 出願件数,,, 8 出願人国籍,, 出願年 ( 年 ) ~9 年 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 - 家庭用 住宅用 ( 定置型 ) に関する出願人国籍別出願人件数比率と推移 欧州国籍 件.% 米国籍 件.% 中国籍 件.% 韓国籍 件.% 件.% 合計, 件 出 願件 数 8 ~9 年 日本国籍 99 件 8.% 8 9 出願年 ( 年 ) 出願人国籍 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 要素技術区分別出願件数技術区分として大きく部材とシステムに分け 部材を電極触媒層 電解質膜 MEA GDL セパレータ 単セル スタック モジュールの 種類に細分化した なお 複数選択を許容しているため合計数が,9 件になる 技術区分別出願件数比率と推移を図 - に示す システムに関する出願が,9 件で.% を占める また 部材構成要素である電極触媒層からモジュールまでの出願件数は, 件で.% を占める - -

14 図 - 要素技術区分別出願件数比率と推移 システム,9 件.% モジュールスタック, 件,88 件.% 9.%,9 件 8.% 電極触媒層 8,9 件.% 単セル,8 件 8.% 合計,9 件 セパレータ,8 件 9.% 電解質膜, 件.% MEA,GDL,8 件 9.% 8,,,, 出願, 件 8, 数,,, 主要技術区分別,9,,9 8,8, 出願年 ( 年 ) ~9 年 電極触媒層電解質膜 MEA,GDL セパレータ単セル スタックモジュールシステム合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 材料区分別出願件数燃料電池を構成する材料区分別の出願件数比率と推移を図 - に示す 合計 8, 件のうち 電極触媒に関する出願が,8 件で 8.% 電解質は 8, 件で 8.% セパレータ インターコネクタが, 件で.8% MEA が,9 件で.% が 件で.% である キーデバイスである電極触媒と電解質に関する出願が多い 図 - 材料区分別出願件数比率と推移 MEA,9 件.% セパレータ インターコネクタ, 件.8% 電解質 8, 件 8.% 件.% 電極触媒,8 件 8.% 8, 合計 8, 件,, 出願件数,,,,,, 材料区分別,98,8,,8 8 9 出願年 ( 年 ) ~9 年 電極触媒電解質 MEA セパレータ インターコネクタ合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 -8 に電極触媒材料別出願件数比率と推移を示す 電極触媒に関する出願,8 件の内 PEFC DMFC 等関連として白金や非貴金属等の金属系触媒が, 件で.8% 触媒担体 支持体が, 件で.9% SOFC 関連ではアノード ( 燃料極 ) が,9 件で.8% カソード ( 空気極 ) が 88 件で.% と続く - -

15 図 -8 電極触媒材料別出願件数比率と推移 担体 支持体, 件.9% カソード (SOFC) 88 件.% 9 件.8% 金属系, 件.8% アノード (SOFC),9 件.8%, 合計,8 件,,,9 非金属系 件.% 出願件数,,,,, 電極触媒内容,,9,9 8 9 出願年 ( 年 ) ~9 年 金属系 非金属系 アノード (SOFC) カソード (SOFC) 担体 支持体 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 -9 に電解質の燃料電池種類別出願件数比率と推移を示す 電解質に関する出願 8, 件の内 PEFC DMFC に関する出願が,9 件で.% SOFC に関する出願が,9 件で 9% 等である 図 -9 電解質の燃料電池種類別出願件数比率と推移 MCFC 件 AFC.% 件.% SOFC,9 件 9.% 9 件.9% PEFC,DMF C,9 件.% 合計 8, 件,, 出, 願件数, 対象燃料電池種類,9,,989, 出願年 ( 年 ) ~9 年 PEFC,DMFC SOFC AFC MCFC 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある () 課題別出願件数推移燃料電池の課題に関する部材とシステムの解析軸を整理し関係図の概要を図 - に示す 部材は構成別に 発電構成エレメント ( 電極触媒 MEA 電解質 GDL セパレータ) 発電構成デバイス ( 単セル モジュール ) 周辺機器( 改質器等 ) に分かれる システムは構成別に 供給排出系 ( 燃料供給 改質器健全性 不純物除去 ) 運転系( 起動性能の向上 操作性 可用性 制御性の向上 ) 実用性能向上( 出力特性の向上 システム効率の向上 ) 安全 信頼 耐久性 コスト ( 信頼性 耐久性の向上 安全性の向上 コスト低減 ) に分かれる また 解決手段について同様に部材とシステム項目の関係図の概要を図 - に示す 部材に関する解決手段は 製造 ( 発電構成エレメント 発電構成デバイス 周辺機 ) 材料 組 - -

16 課題解決手段成 ( 触媒 電解質 複合体 モジュール スタック 周辺機器 ) 機械的構造( 触媒 電解質 複合部品 発電構成デバイス 発電構成構造体 ) から構成される システムに関する解決手段は供給系 ( 原燃料供給系 燃料供給系 酸化剤の供給系 加熱冷却媒体の燃料電池への供給 ) 排ガス処理系( 燃料排ガス系 酸化剤排ガス系 燃焼排ガス系 ) 出力処理系( 燃料電池電力処理系 配置方法 治具等 ) 制御系( 制御対象機器 ガスおよび熱媒の導入 排出状態制御 アウトプット制御 ) で構成される 図 - 燃料電池の課題に関する部材とシステム項目の関係図 ( 概要 ) 供給排出系 発電構成エレメント 運転系 システム構成別 システム 部材 部材構成別 発電構成デバイス 実用性能向上 安全 信頼 耐久性 コスト 周辺機器 図 - 燃料電池の解決手段に関する部材とシステム項目の関係図 ( 概要 ) 酸化剤排ガス系 燃焼排ガス系 燃料排ガス系 排ガス処理系 加熱冷却媒体の燃料電池への供給 酸化剤供給系 供給系 燃料供給系 原燃料供給系 電気的性質 発電構成エレメント 製造 発電構成デバイス 周辺機器 周辺機器 触媒 電解質 燃料電池電力出力系 配置方法 治具等 出力処理系 システム構成別 制御系 システム 部材 部材構成別 安全 環境 機械的構造 材料 組成 モジュールスタック 触媒 複合体 燃料電池排熱利用系 電解質 制御対象機器 ガスおよび熱媒の導入 排出状態制御 アウトプット制御 発電構成構造体 発電構成デバイス 複合部品 PEFC に関する課題と解決手段 PEFC の課題について部材とシステムに分類した 全体出願件数は,9 件 部材に関 - -

17 する課題が, 件で.% システムに関する課題が, 件で.% である 日米欧中韓への出願における課題と解決手段別に見た出願件数を図 - に示す 横軸に課題を縦軸に解決手段を示す なお 課題は中項目を 解決手段は小項目を示している 部材の課題については部材に関する解決手段で解決している 一方 システムに関する課題のうち 安全 信頼性 耐久性 コストは解決手段として 部材からシステムまで広範な解決手段をとっているが それ以外のシステム課題についてはシステムに関する解決手段で対応している 図 - PEFC 課題 解決手段別出願件数 ( 日米欧中韓への出願 ) 部材に関する課題群 システムに関する課題群 製 発電構成 E 発電構成 E 発電構成 D 8, 造 材料 組成 機械的構造 周辺機器 触媒 電解質 複合体 モジュール他 周辺機器 触媒 電解質 複合部品 発電構成 D 発電構成 S,,,,9,, , 部材に関する解決手段 安全他 発電構成 D 原燃料 8 9, 98 電気的性供給系排ガス処理出力処理系 質発電構成エレメント周辺機器供給排出系運転系実用性能向上 燃料 酸化剤加熱冷却媒 燃料酸化剤 燃焼 電力出力排熱利用配置 治具等 システムに関する解決手段 制御系 対象機器導入排出状態制御 アウトプット , , 発電構成デバイス 安全 信頼 耐久性 コスト 注 E: エレメントの略 ;D: デバイスの略 ; S: 構造体の略 - -

18 DMFC に関する課題と解決手段 DMFC の課題について部材とシステムに分類した 全出願件数は, 件 部材に関する課題が,9 件で.8% システムに関する課題が, 件で.% である 図 - に日米欧中韓への出願における DMFC に関する課題と解決手段別の出願件数を示す 部材の課題については部材に関する解決手段で解決している 一方 システムに関する課題については 安全 信頼 耐久性 コストは解決手段として 部材からシステムまで広範な解決手段をとっているが それ以外のシステム課題についてはシステムに関する解決手段で対応している 図 - DMFC 課題 解決手段別出願件数 ( 日米欧中韓への出願 ) 電気的性製造材料 組成機械的構造安全他供給系排ガス処理系出力処理系制御系 発電構成 E 発電構成 E 発電構成 D 周辺機器 触媒 電解質 複合体 モジュール他 周辺機器 触媒 電解質 複合部品 発電構成 D 発電構成 S 発電構成 D 原燃料 燃料 酸化剤加熱冷却媒 燃料酸化剤 燃焼 電力出力排熱利用配置 治具等対象機器導入排出状態制御 アウトプット 部材に関する課題群 システムに関する課題群 発電構成エレメント 周辺機器 供給排出系 運転系 実用性能向上 部材に関する解決手段 システムに関する解決手段 発電構成デバイス 安全 信頼 耐久性 コスト 注 E: エレメントの略 ;D: デバイスの略 ; S: 構造体の略 - -

19 SOFC に関する課題と解決手段課題と解決手段の関係は PEFC DMFC と同様である SOFC の課題について部材とシステムの全体出願件数は, 件 部材に関する課題が,8 件で 8.% システムに関する課題が,9 件で.% である 図 - に日米欧中韓への出願における SOFC に関する課題と解決手段別の出願件数を示す SOFC も前 者同様 部材の課題については部材に関する解決手段で解決している 一方 システムに関する課題については 安全 信頼 耐久性 コストは解決手段として 部材からシステムまで広範な解決手段をとっているが それ以外のシステム課題についてはシステムに関する解決手段で対応している 図 - SOFC 課題 解決手段別出願件数 ( 日米欧中韓への出願 ) 電気的性製造材料 組成機械的構造安全他供給系排ガス処理出力処理系制御系 発電構成 E 発電構成 E 発電構成 D 周辺機器 触媒 電解質 複合体 モジュール他 周辺機器 触媒 電解質 複合部品 発電構成 D 発電構成 S 発電構成 D 原燃料 燃料 酸化剤加熱冷却媒 燃料酸化剤 燃焼 電力出力排熱利用配置 治具等対象機器導入排出状態制御 アウトプット 部材に関する課題群 システムに関する課題群 質 発電構成エレメント 周辺機器 供給排出系 運転系 実用性能向上 部材に関する解決手段 システムに関する解決手段 発電構成デバイス 安全 信頼 耐久性 コスト 注 E: エレメントの略 ;D: デバイスの略 ; S: 構造体の略 - 8 -

20 第 節注目研究開発テーマの動向調査以下に示す つの注目研究テーマを選定し動向調査を行った 白金使用量低減 PEFC の起動停止操作時の触媒担体耐久性向上技術 高導電率耐食性バイポーラプレート ( セパレータ ) フラッディング抑制技術 DMFC のクロスオーバ抑制技術 出力向上技術 運転性 信頼性向上技術 SOFC 信頼性 耐久性向上技術この中から 出願件数の多い () 白金使用量低減 () 高導電率耐食性バイポーラプレート ( セパレータ ) () フラッディング抑制技術 ()SOFC 信頼性 耐久性向上技術の分析結果を以下に述べる () 白金使用量低減図 - に白金使用量低減に関する出願の内訳と件数推移を また図 - に日米欧中韓の各出願先国への出願人国籍別比率と推移を示す 図 - に示したように 本調査における白金使用量低減に関する特許出願件数は累計で, 件である 白金 貴金属そのものの使用量を低減するものが 件で.% 次いで非貴金属系合金に関する内容が 件で.% 以下無機系の 8 件で.% カーボン系の 件で.% コアシェルの 件で.% クラスターの 件で.% である 出願人国籍として日本が.% で第 位を占めている この白金使用量の低減はコスト削減の要であり 出願件数の減少は解決策が見つかったためか 具体的な解決策が見えなくなったためなのかは不明である 図 - 白金使用量低減に関する出願の内訳と件数推移 合計, 件 9 9 ~9 年 有機系 9 件.% クラスター 件.% コアシェル 件.% 無機系 8 件.% カーボン系 件.% 非貴金属合金 件.% 白金 貴金属使用量減 件.% 出願 件数 技術内訳 出願年 ( 年 ) 白金 貴金属使用量減 非貴金属合金 コアシェル クラスター 有機系 無機系 カーボン系 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある - 9 -

21 図 - 白金使用量低減に出願人国籍別比率と出願件数推移 中国籍 件.% 韓国籍 件.9% 欧州国籍 件 9.% 米国籍 件.% 件.9% 合計, 件 日本国籍 9 件.% 出願 件数 出願人国籍 出願年 ( 年 ) ~9 年 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある () 高導電率耐食性バイポーラプレート ( セパレータ ) 高導電率耐食性セパレータに関する特許の内訳と出願件数推移について前回調査結果を含めて図 - に示す なお 円グラフは今回調査結果の材料別比率を示す 前回調査では 炭素系に関する出願が多く主流材料になるかと思われていたが 今回の調査結果では金属製材料に関する出願件数が多く 全体の.% と過半数を占めている 炭素系材料は加工性が難しいことと高コストであることから 加工性が良くかつ低コストの金属系の開発に指向したものと推察される 図 - 高導電率耐食性バイポーラプレートに関する特許の内訳と出願件数推移 今回調査対象年分 表面処理 8.% 8.% 金属系 9.% 合計,8 件 炭素系.% 出 願 件数 8 998~9 年 バイポーラプレート技術 9 出願年 ( 年 ) 炭素系金属系表面処理合計 8 8 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある () フラッディング抑制技術システムに関する課題である中分類 安全 信頼 耐久性 コスト の中の小分類 信頼性 耐久性の向上 の選択肢である 生成水除去 フラッディング防止 に対し どの技術により対応しているのか以下の内容について出願件数を調査した結果を図 -8 に示す 合計で,9 件あり 対応している技術ではシステムによるものが 9 件で.9% を占め一番多い 次いで セパレータ ( バイポーラプレート ) の 件 MEA/GDL の 件 触媒層技術の 件 スタックの 9 件 以下単セル 電解質 モジュールと続いている 出願件数は 年がピークである - -

22 図 -8 フラッディング抑制技術に関する対応技術内訳と出願件数推移 合計,9 件 8 ~9 年 8 モジュール 件.% システム 9 件.9% スタック 9 件.% 単セル 件.9% 触媒層技術 件.% セパレータ 件.% MEA/GDL 件.% 電解質 8 件.% 出願件数 8 9 対象技術 出願年 ( 年 ) 触媒層技術 電解質 MEA/GDL セパレータ 単セル スタック モジュール システム 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある () SOFC の信頼性 耐久性向上技術課題として信頼性 耐久性の向上に関係する電極触媒 電解質 支持体 インターコネクター 単セル モジュール スタックについてその内訳比率と出願件数推移を図 -9 に示す 図示したように 発電構成エレメントよりデバイスの出願件数が多い傾向にある モジュール スタックに関する出願が 8 件 インターコネクターが 件 以下単セル 件 支持体 9 件 電極触媒 9 件 電解質 8 件と続いている 図 -9 SOFC の信頼性 耐久性向上技術に関する内訳比率と出願件数推移 モジュール スタック 8 件 9.% 単セル 件.8% 電極触媒 9 件.% 支持体 9 件.8% インターコネクター 件 8.% 合計, 件 電解質 8 件 9.% 出願件数 技術内訳 出願年 ( 年 ) ~9 年 電極触媒 電解質 支持体 インターコネクター 単セル モジュール スタック 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある - -

23 () 注目研究開発テーマにおける出願人属性別出願動向上記に示した注目研究開発テーマ 件のうち 出願件数の多い白金量低減 高導電率耐食性バイポーラプレート フラッディング抑制技術 SOFC の信頼性 耐久性向上の 件について出願人属性別にその出願動向を解析した 企業の出願人属性として 企業の属する産業分野を選択し分類した それらは自動車産業 電機 電子産業 化学 素材産業 電力 石油 ガス産業の 分野と 大学 公的研究機間の 分野 合計 分野である なお ここでの抽出条件を 上記 テーマの いずれかのテーマに 件以上 出願している企業 大学 研究機関等とした 該当するのは 出願人である 結果を図 - に出願人属性別にバブル図で示す 白金量低減化学 素材産業からの出願が多く 99 件で 位である 次いで自動車産業から 件 電機 電子産業から 件と続いている この 業界が白金量低減技術に関する主要産業分野である 高導電率耐食性バイポーラプレート ( セパレータ ) 自動車産業からの出願が多く 件と 位 次いで化学 素材産業から 99 件 以下電機 電子産業から 件 研究機関 機械 産業と続いている 自動車用燃料電池は多数の単セルを積層するため バイポーラ技術に関する出願件数が多い ユーザである自動車産業とメーカである化学 素材産業が他産業に比較して突出した出願件数となっている フラッディング抑制技術このテーマも自動車産業からの出願が多く 8 件と 位 次いで電機 電子産業からの 9 件 以下機械 産業から 件 化学 素材産業 研究機関と続いている 自動車産業にとって 本テーマは重要な技術課題となっている SOFC の信頼性 耐久性向上化学 素材産業からの出願が多く 9 件で 位である 次いで研究機間から 件 電機 電子産業から 件 自動車産業から 件 以下機械 産業 電力 石油 ガス産業 大学と続いている このテーマで初めて研究機関が上位に出ている 全出願人属性に渡って出願件数が多いのが特徴的である - -

24 願人属性注目研究開発テーマ出図 - 注目研究開発テーマにおける出願人属性別バブル図 8 自動車 8 電機 電子 9 化学 素材 機械 電力 石油 ガス 大学 研究機関 白金量低減高導電率耐食性フラッディング SOFC バイポーラプレート抑制技術信頼性 耐久性 () 部材の課題テーマの特許出願状況各種部材に関する課題は 性能 発電効率の向上 信頼性 耐久性の向上 コストダウンの つに分類した 以下に燃料電池の種類別に信頼性 耐久性の向上を中心に解析結果を示す 図 - に PEFC について各技術区分比率と出願件数推移を示す 信頼性 耐久性の向上には 電解質 セパレータ MEA モジュール 電極触媒 単セルとそれぞれが寄与している 性能 発電効率向上と同様に全ての区分において出願件数が減少している 図 - PEFC の信頼性 耐久性に関する技術区分比率と出願件数推移 合計, 件,,,8 ~9 年,, 単セル 9 件.% モジュール 8 件.8% セパレータ, 件 8.% GDL 件.% 電極触媒 8 件.9% MEA 9 件.8% 電解質, 件.% 出 願 件数 出願年 ( 年 ) 信頼性 耐久性向上の内訳 電極触媒 MEA 電解質 GDL セパレータ 単セル モジュール 合計,, 8 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある - -

25 図 - に DMFC について各技術区分比率と出願件数推移を示す 信頼性 耐久性の向上には 電解質が約 / を占めており MEA 電極触媒 モジュール 単セルが寄与している PEFC 同様減少傾向にあり 電解質の減少が際だっているが セパレータ 単セル モジュールについては 9 年に前年比で増加している DMFC では製品に近いモジュールや単セルという部品に関する出願が増加していることは 他の技術が減少傾向にある中でまとめの段階に入り実用化の近い兆しの可能性がある 図 - DMFC の信頼性 耐久性に関する技術区分比率と出願件数推移 単セル 件.% セパレータ 件.% GDL 8 件.% モジュール 8 件.% 電解質 件.% 電極触媒 8 件.% 合計 件 MEA 件.% 出願件数 信頼性 耐久性向上の内訳 出願年 ( 年 ) ~9 年 電極触媒 MEA 電解質 GDL セパレータ 単セル モジュール 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある 図 - に SOFC について各技術区分比率と出願件数推移を示す 信頼性 耐久性の向上には モジュールが約 % を占め 次いでインターコネクター 単セルを含め合計約 % を占め寄与度が大きい 単セル インターコネクター 電極触媒は 9 年の出願が 8 年比で増加している 図 - SOFC の信頼性 耐久性に関する技術区分比率と出願件数推移 モジュール 8 件 9.% 単セル 件.8% 電極触媒 9 件.% インターコネクター 件 8.% 合計, 件 支持体 9 件.8% 電解質 8 件 9.% 出願件数 信頼性 耐久性向上の内訳 出願年 ( 年 ) ~9 年 電極触媒 電解質 支持体 インターコネクター 単セル モジュール 合計 注 : 8 年以降はデータベース収録の遅れ PCT 出願の各国移行のずれ等で全データを反映していない可能性がある - -

26 第 章研究開発動向調査第 節調査方法と対象とした論文燃料電池に関する研究開発動向の調査については 論文データベース (Scopus) を用いて検索した 調査対象とした期間は発行年ベースで 年 ~ 年とした 論文の検索条件以下に示す データベース :Scopus( 世界, 以上の出版社の, 誌以上の学術ジャーナルを収載 ) 検索日 : 年 月 日 検索条件式 :ABS( fuel cell OR fuel cells ) AND DOCTYPE(ar) AND SUBJAREA(mult OR ceng OR CHEM OR comp OR eart OR ener OR engi OR envi OR mate OR math OR phys) AND PUBYEAR AFT AND PUBYEAR BEF 上記検索条件のヒット件数は,8 件であった これらの論文掲載誌の内 燃料電池技術について世界的に認められている雑誌を 誌抽出し 分析対象論文数を,98 件とした その論文誌ごとの内訳を表 - に示す 図 - に前回調査範囲 (99~ 年 ) と今回の調査範囲 (~ 年 ) を合わせて表示した非特許文献件数の推移を示す 99 ~ 年の範囲の論文件数は 表 - に示した 誌について Scopus にて検索し求めた 表 - 抽出した論文誌と論文件数 Souce Title Number of Articles 前回調査 Journal of Power Sources, International Journal of Hydrogen Energy 9 Journal of the Electrochemical Society 88 Electrochemica Acta 8 Electrochemistry Communications Solid State Ionics 9 Journal of Membrane Science Journal of Materials Chemistry Chemistry of Materials Journal of Physical Chemistry B Nihon Kikai Gakkai Ronbunshu B Hen Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Part B 88 Journal of the American Chemical Society 8 Catalysis Today Physical Chemistry Chemical Physics Applied Catalysis A General Langmuir 合計 ( 件 ),98 図 - 抄録を有する論文件数推移 非特許文献数,,8,,,, 8 前回調査範囲 今回調査範囲 発行年 - -

27 前回調査期間の99~ 年の間も増加傾向を示しているが 年に急激に増加し 年以降は年, 件以上を維持しながら凹凸はあるものの増加傾向にある 第 節全体動向 () 研究者所属機関国籍別論文件数推移および比率燃料電池に関する論文の研究者所属機関国籍別の発表件数推移と国籍別比率を 図 - に示す 発表件数は やや凹凸はあるものの 年から 年にかけて増加傾向にある また 各国籍の発表件数の変化は 図 - の円グラフが示す比率をほぼ維持しながら変化している 年 ~ 年の大きな伸びについては 日本国籍 米国籍 欧州国籍が若干比率を落としているが 中国籍 韓国籍 が比率を伸ばしている傾向がある 図 - 研究者所属機関別論文件数推移と国籍別比率 ( 全論文誌 ) 韓国籍 件.% 合計,98 件,9 件.% 中国籍,8 件.9% 日本国籍 8 件 8.% 欧州国籍, 件.% 米国籍, 件.% 論文発表件数,,,, 8 所属機関国籍,,,,,9 8 9 発行年 発行年 ~ 年 日本国籍米国籍欧州国籍中国籍 韓国籍合計 () 論文発表動向と特許出願動向の関係燃料電池に関する論文の研究者所属機関国籍別発表件数と特許出願人国籍別出願件数の相関を図 - に示す 特徴的なことは 日本国籍は特許出願件数が多くかつ論文発表件数が少ないことである また 韓国籍 欧州国籍および米国籍の特許出願件数は約, 件と同じレベルにあるが論文発表件数には大きな開きがある 更に 中国籍および国籍は特許出願より論文発表が多い傾向がある 図 - 論文発表動向と特許出願動向の国籍別相関, 特許出願件数,,,,, 日本国籍 韓国籍 欧州国籍 米国籍 中国籍,,, 論文発表件数 - -

28 論文発表で最も多い PEFC につき 特許文献と論文の技術分野の比較を図 - にレーダーチャートで示す 部材の課題については 特許文献は電極触媒 MEA 電解質 セパレータモジュール スタックに出願が多く 非特許文献は MEA に関する発表が突出している特徴を有している 一方 システムの課題に対しては 特許 非特許文献とも信頼性 耐久性の向上に関する内容が一番多い特徴を有する 図 - PEFC の特許文献と論文の技術分野比較 特許文献 モジュール スタック 改質器 他 電極触媒 MEA 部材の課題別の割合改質器 他電解質 ( 電解質膜 ) モジュール スタック 電極触媒 MEA 非特許文献 電解質 ( 電解質膜 ) 単セル GDL 単セル GDL セパレータ セパレータ 特許文献 安全性の向上 コスト低減 燃料供給 改質器健全性の維持 不純物除去 システムの課題別の割合 安全性の向上 コスト低減 燃料供給 改質器健全性の維持 不純物除去 非特許文献 信頼性 耐久性の向上 起動性能の向上 信頼性 耐久性の向上 起動性能の向上 システム効率の向上 出力特性の向上 操作性 可用性 制御性 システム効率の向上 出力特性の向上 操作性 可用性 制御性 - -

29 第 章政策動向調査基本 応用技術の研究開発活動の支援に加え 世界各国では 水素 燃料電池技術の市場への導入を後押しするため 税制上の優遇措置や補助金などの政策が実施されている 水素 燃料電池の研究 開発 実証および展開の取り組みのための政府の財政援助の総額は 年間 億ドル超 ( ドル 8 円換算で 年間約 8 億円 ) と推計されている 第 節日本の産業政策日本における燃料電池の研究開発は旧通産省工業技術院のムーンライト計画の下で 98 年より開始された 99 年にはニューサンシャイン計画が開始され 重点的に取組まれる技術開発課題となった この基本計画によって PAFC MCFC SOFC PEFC の開発が行われてきた 中でも最も実用化に近かったのは PAFC であり 電機メーカや電力会社 ガス会社などによって開発が進められてきた MCFC は PAFC の次世代高効率技術として 98 年から開発されてきた 99 年代には PEFC の開発が始まり 現在では PEFC SOFC DMFC の つの方式が有力と考えられている 定置型燃料電池の普及を図る施策としては 年度には定置用燃料電池大規模実証事業が始まり 9 年度には民生用燃料電池導入支援補助金の制度が導入された 施策の効果を見るために 年度 ~9 年度までの燃料電池導入設置台数の推移をみると 図 - のようになる 年度には定置用燃料電池大規模実証事業による効果により年間 台近くになり 9 年度には民生用燃料電池導入支援補助金の効果があり 一気に, 台を超えている このように 導入の初期段階では補助金が有効であることがわかる NEDO では燃料電池 水素技術として定置用燃料電池システム 燃料電池自動車他 水素インフラの 本柱で 技術開発 実証研究 基準 標準化を一体化させた研究開発を実施している 燃料電池の形式としては特に PEFC SOFC に注力している NEDO における燃料電池 水素技術開発のプロジェクト群を図 - に示す 図 - 施策の効果による燃料電池導入設置台数の推移 ( 補助金によるもの ), 導入設置台,,, 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) 固体高分子形燃料電池 (PEFC),,, 数(台)年度 民生用燃料電池導入支援補助金 (9 年 ~) 定置用燃料電池大規模実証事業 ( 年 ~8 年 ), ( 出典 : 新エネルギー財団資料などを基に JATIS 作成 ) - 8 -

30 図 - NEDO における燃料電池 水素技術開発のプロジェクト群 ( 出典 : 各種 NEDO 資料を基に JATIS 作成 ) - 9 -

31 第 節海外の産業政策 米国米国では 年 8 月に 年包括エネルギー政策法 (Energy Policy Act of ) が成立した これは 包括的エネルギー政策法としては 年ぶりの改定であった この法律では 代替エネルギー導入 省エネルギーのために 億ドルのインセンティブが盛り込まれている とくに水素 バイオ燃料 クリーンディーゼル 先進自動車の開発と普及が強調されている DOE の燃料電池 R&D では 燃料電池のうちでも特に PEFC の開発に注力している 輸送用アプリケーションに焦点を当てており 年の目標はコスト ドル /kw 年の目標はコスト ドル /kw 耐久性, 時間である 米国は 9 年に 燃料電池の商業化と設置を促進するため 米国再生 再投資法に基づき, 万ドルを拠出すると発表した 産業界からの参加者によるコスト分担資金の約, 万ドルと合わせ この新たな資金は最高, ヵ所の燃料電池システムの設置 ( 主に 非常用電源と資材運搬 ) に向けられる 欧州 EU では 年 ~ 年の期間で欧州フレームワーク (FP:Framework Programme) の FP がスタートし 対応したプログラムが 欧州水素 燃料電池テクノロジー プラットフォーム (European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform:HFP) として実施される この中で 年を研究開発およびフィールドテスト 早期市場の期間とし 年頃に燃料電池が自動車 分散電源 小型機器利用において支配的な技術になるとしている 早期市場における燃料電池の用途は 携帯機器 バックアップ電源 特定自動車などである 8 年 欧州燃料電池 水素共同技術イニシアティブ (European Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative:FCHJTI) は 欧州での燃料電池と水素エネルギー技術分野の研究 技術開発および実証 (RTD) 活動を支援するための官民協力体制として発足した 同イニシアティブの目標は カーボンクリーンエネルギーシステムを実現する手段として燃料電池と水素技術の可能性を実現し 市場導入を大きく加速することである 欧州 (European Commission) は同プログラムに 8 年 ~ 年に 億 万ユーロを資金提供し 産業界による % の所要コスト負担を含めると約 億ユーロになる ( ユーロ 円換算で, 億円 : 年間平均約 億円 ) 中国中国は燃料電池自動車の研究開発を強力に推進している PEFC 搭載バスや自動車の開発は現在実証段階である 998 年以来 中国は燃料電池の技術開発を強力に推進している 年 ~ 年の ケ年計画では PEFC を搭載した燃料電池車の研究開発や主要コンポーネントの研究開発を 8 プログラム (98 年 月開始にちなむ命名 ) として推進している 上海などの地方自治体も独自に開発を支援している 年 ~ 年の 新 8 プログラム では主として PEFC 燃料電池車と関連技術 大型 SOFC スタック PEFC と SOFC のコジェネシステムの開発に注力する予定である 韓国燃料電池開発のために 代替エネルギーの開発促進条例が 98 年に実施され 年には新規かつ再生可能なエネルギーの開発と展開に関する基本 年計画が実施された 韓国では 年 家庭用燃料電池を購入する際 価格の 8% を国が負担する助成金プロ - -

32 グラムが開始された 同プログラムの助成規模は 年 ~ 年には購入価格の % まで 年 ~ 年には % へ縮小される予定である 第 章市場環境調査燃料電池市場は まだ本格的には立ち上がっていない 燃料電池 (Fuel Cell:FC) 技術は完全な商業化には到達していないが 燃料電池業界が目標にしているのは 少量生産での初期市場への参入である 技術タイプごとに製造 販売された燃料電池ユニットの割合は 近年かなり安定している 市場全体では 最も柔軟性のある燃料電池技術のひとつである PEFC( 固体高分子形燃料電池 ) が主流となっている より大きな定置式発電用途としては 溶融炭酸塩形燃料電池 (Molten Carbonate Fuel Cells:MCFC) は現在でも主流だが リン酸形燃料電池 (PAFC) 製品もすでに商品化された また 研究開発努力の結果 固体酸化物形燃料電池 (SOFC) も家庭用として販売が開始された 世界の燃料電池の市場見通し ( 業務 産業用 ) を図 - に示す ( ここで 9 年は実績値 年は見込み 年以降は予測である ) 図 - 世界の燃料電池の市場見通し ( 業務 産業用 ) 台百万円,,, 数量(, 台),, 9 年 年 年 年 8 年 年 年,, 9, 8,,,,,,,, 金額百万円 ( ) ( 出典 :( 株 ) 富士経済 年燃料電池関連技術 市場の将来展望 ( 上巻 ) を基に JATIS 作成 ) 自動車用燃料電池の普及に関しては インフラの整備が課題とされており 年 月に 日本の主要な自動車メーカ エネルギー関連企業等が参加する燃料電池推進協議会 (FCCJ) によって 年に商用の水素ステーションの設置を開始し FCV( 燃料電池自動車 ) の一般ユーザへの普及開始を目指す という普及シナリオが発表されている 年時点での普及目標は FCV が 万台程度 水素ステーションを, ヵ所程度となっている 図 - に自動車用燃料電池普及に向けたシナリオを示す - -

33 図 - 自動車用燃料電池普及に向けたシナリオ ( 出典 : 年 月 FCV と水素ステーションの普及に向けたシナリオ 燃料電池実用化推進協議会 (FCCJ)) 第 章総合分析第 節特許出願動向分析の総括 () 全体動向今回の調査範囲は ( 出願年 ) が 年 ~9 年までの 年間とした 詳細解析の対象とする出願先国として 前回と異なり 中国 韓国を加え 日米欧中韓の 国とした 日米欧中韓への出願件数合計は,9 件であり これは DWPI 全収録国への合計出願件数, 件の 8.% を占めているが 前回の調査期間 (998 年 ~ 年 ) では日米欧で 98% を占めていたことから 燃料電池の特許出願は世界各国に拡散している 日米欧中韓の出願人国籍別件数では 日本国籍が 8.% と最も多い 但し 個別の出願人国籍別推移を見ると 中国籍がほぼ横ばいであるのを除いて 日米欧韓は概ね減少傾向にある () 注目研究開発テーマ動向注目研究開発テーマ 件のうち 出願件数の多い白金量低減 高導電率耐食性バイポーラプレート フラッディング抑制技術 SOFC の信頼性 耐久性向上の 件について出願人属性別にその出願動向を解析した 企業の出願人属性として 企業の属する産業分野を選択し分類した それらは自動車産業 電機 電子産業 化学 素材産業 電力 石油 ガス産業の 分野と 大学 公的研究機間の 分野 合計 分野である なお ここでの抽出条件を 上記 テーマの いずれかのテーマに 件以上 出願している企業 大学 研究機関等とした 該当するのは 出願人である 図 - より 燃料電池の開発には自動車産業 電機 電子産業 化学 素材産業が大きく関わっていることがわかる - -

34 第 節研究開発動向分析の総括国際的な主要論文誌である 誌から,98 件の論文を選定し抄録を参照して技術分類を行った 技術分類の分析軸は特許調査と同様とした 論文件数は増加傾向が見られる 大幅な増加を示しているのは中国であり の国に属するカナダ ロシア 台湾等である 日本の論文件数は少なく むしろ特許出願に力点を置いていることが分かる 後発組としての中国は世界レベルの研究を実施する素地づくりに重点をおいているものと考えられる 注目研究開発テーマ PEFC の白金使用量低減 については 非特許論文でも注目論文数が多く 学術的な視点からも注目されている また PEFC の水管理 についてはアカデミックな立場から 高度解析手法を用いた水の挙動分析やシミュレーションが実施されている また SOFC では 主に中温度域作動の SOFC 材料論文が多数発表されており 注目研究開発テーマ SOFC の信頼性 耐久性向上技術 の基盤部分を担っていると考えられる 一方 高導電性耐食バイポーラプレート の論文発表は少ない 研究が進んでいるが 低コスト化と信頼性技術の確立等で 何らかのブレークスルー技術 が必要である 第 節政策動向分析の総括エネルギー資源の乏しい我が国にとって エネルギーの有効利用 は喫緊の政策課題であり 各種大型プロジェクトや補助事業で燃料電池の普及の強力に推進してきた 年度から定置用燃料電池大規模実証事業が始まり 9 年度には 民生用燃料電池導入支援補助金の制度 が導入された 日本の燃料電池技術ロードマップは 年 月に策定された 技術戦略マップ にまとめられている また これを補完する形で NEDO 燃料電池 水素開発ロードマップ が 年 月に策定され 燃料電池 水素技術として定置用燃料電池システム 燃料電池自動車等 水素インフラの 本柱で研究開発が行われている 他国の政策については第 章 () 海外の政策を参照されたい 第 節市場動向分析の総括 9 年度の 民生用燃料電池導入支援補助金の制度 ( 愛称 エネファーム ) により家庭用 PEFC コジェネシステムが一般家庭への販売が開始され 年度の第三次補正予算の補助事業では SOFC の家庭用コジェネシステムも エネファーム の補助対象になった しかしながら 燃料電池市場は まだ本格的には立ち上がっていない 市場全体では 使用環境に柔軟に対応できる PEFC( 固体高分子形燃料電池 ) が主流となっている より大きな定置式発電用として MCFC 製品や PAFC 製品は米国においてすでに商品化されている 家庭用として研究開発努力の結果 SOFC の国内販売が最近開始された 第 節提言今回の調査では 燃料電池に関する技術について 年から 9 年までの特許出願動向とともに 研究開発 政策動向 および市場環境についても分析を行った その結果から 今後日本企業と研究機関がとるべき方向性をまとめるため SWOT 分析により市場を見据え 強み 弱みなどを分析した 具体的には 開発 事業 市場環境について 強み (S) 弱み (W) 機会 (O) 脅威 (T) を評価し 提言と SWOT 分析との関連を図 - に色分けで示す 提言 - -

35 に関しては赤色 提言 に関しては緑色 提言 に関しては青色で示す 図 - 日本の燃料電池に関する SWOT 分析 S: 強み W: 弱み O: 機会 T: 脅威 市場 分散型電源に関するニーズの増大 v (. 震災契機 ) コジェネ発電 ( エネファーム ) FCV 車 : 水素供給等のインフラ未整備 高コスト : 白金触媒依存 定置型燃料対策 (PEFC) 海外は窒素含有量多い FCV 車 : 年普及化 提言 FCV 向け燃料電池開発の促進 産業界の技術共有化 ガソリン 電気ハイブリッド車 プラグインHV 車 EVカーの先行普及 大容量二次電池の台頭 地球温暖化対策 ク 事業 国内 : 家庭用定置型燃料電池システムが稼働開始 v, 台 / 年 世界 :FCV 車による市場牽引期待 現状は技術優位 競争優位 提言 リーンエネルギーの利用推進 開発 日本国籍出願人の割合 PEFC DMFC:% SOFC:% 活発な開発力 投資 ( 人 物 金 ) 信頼性 耐久性向上に関する出願多 日本国籍出願人の出願件数の減少傾向 日本発の研究論文数が少 ( 国際的に著名な論文誌 ) 日本の研究者数少 提言 定置型燃料電池開発促進 補助金からの自立を目指した技術開発促進 海外市場での競争優位性確保技術確立 中国籍出願人の特許出願増と論文増 S:Strengths( 強み ); W:Weaknesses( 弱み ); O:Opportunities( 機会 ); T:Threats( 脅威 ) 提言 燃料電池事業の拡大に向けたコスト低減と信頼性 耐久性を両立させるブレークスルー技術開発の促進 年以上にわたる旺盛な開発努力にも拘わらず市場が中々拡大しないのが実情である この理由は 市場で要求される 低価格で機能 性能を充たす材料が未だに見出されていない ことと 発電効率が高く耐久性に優れた製品の信頼性確立まで技術が追い付いていない ことにある 年度調査と本調査結果を踏まえ 燃料電池事業の早期拡大に向け コスト低減と信頼性 耐久性技術を両立させるブレークスルー技術開発を促進すべきである これまで日本は企業の卓越したものづくり力を発揮しコストダウンに努めてきた実績がある 特に 今回調査における出願の中心である自動車 電機産業は低コスト 高品質 高信頼性で世界に君臨してきた分野であり この実績と上記出願内容をベースにして 日本勢は燃料電池の実用化に向けたコスト低減 耐久性技術を両立させる部材とシステム開発力を有しているといえる したがって 燃料電池事業の早期拡大に向け コスト低減と信頼性 耐久性技術を両立させるブレークスルー技術開発を促進すべきである 因みに PEFC についてはブレークスルーすべき課題として たとえば白金触媒の高活性 - -

36 化 加湿器レス化可能な電解質 CO( 一酸化炭素 ) に対する耐被毒性のアノード触媒などが挙げられ それらを解決するためのブレークスルー技術開発が期待される 提言 機会拡大に向けた市場育成のため補助金制度から自立する定置型燃料電池の技術開発の促進 9 年度から経済産業省の燃料電池導入補助金制度により 世界初の定置型燃料電池の一般販売がスタートした この燃料電池システムは エネファーム として知られている 市場でエネファームの販売実績を積み 定置型燃料電池のシステム 運転ノウハウ アセンブリ部品 部品単品の品質 信頼性 寿命に関するデータやノウハウを蓄積し 日本市場のみならず 海外市場での競争優位性を確保できる技術を確立すべきである 短期的には補助金で定置型燃料電池システムの国内市場での普及 低コスト化技術を確立し より大きな市場の期待される海外市場へ飛躍し 早期に補助金から自立すべきと考える PEFC においては 特に天然ガス等の原燃料に窒素が多く含まれる場合 改質器内で水素と反応してアンモニアが生成し 電極触媒の劣化要因となる 日本国内で使用されている都市ガスは 窒素をほとんど含んでいないのでアンモニア劣化は顕在化していない しかし 天然ガスをパイプラインで輸送している海外では ( たとえばオランダなど % 超の窒素を含む ) 定置用 PEFC システムにアンモニア生成抑制と生成アンモニア除去機能を付与する必要が生じる このように海外市場特有の技術課題も解決していかなければならない 提言 機会拡大に向けた市場の早期育成のため 産業界の持つ技術の共有化による FCV 向け燃料電池開発の促進 安全性 信頼性 耐久性 コスト低減などの共通基盤技術の開発を学界 産業界の持つ技術情報を持ち寄り 課題 解決指針 および技術検証方法の共有化を行い かつ知的財産権の取得を目指したプロジェクト研究の推進が望まれる FCV 技術は燃料電池技術のみで成立するわけではなく 車両制御技術等を含む総合システムである 今回の特許分析で明らかになったように 解決すべき技術課題は 信頼性 耐久性の向上とコスト低減の両立であることが明確になった 共通基盤技術に関する技術課題を産業界のみではなく 大学 公的研究機関の研究者で共有し 既存の開発体制の枠を超えた体制で開発を進めることが重要であり FCV 実現のための共同プロジェクトによる開発推進が期待できる - -