Công nghệ Pin nhiên liệu: Phân tích qua biểu đồ sáng chế

Nguồn năng lượng hóa thạch đang có nguy cơ suy giảm dần do trữ lượng có hạn trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo là việc tiêu thụ nguồn năng lượng này đang gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vấn đề đặt ra là tìm những nguồn năng lượng mới thay thế, một trong số đó có thể kể đến nguồn năng lượng từ “pin nhiên liệu”.

Các tế bào nhiên liệu (tiếng Anh: fuel cell), hay còn gọi là "pin nhiên liệu", biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu, thí dụ như là hyđrô, trực tiếp thành năng lượng điện¹.

Không giống như pin hoặc ắc quy, pin nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hyđrô) và chất ôxy hóa (ôxy) được đưa từ ngoài vào¹.

Pin nhiên liệu là loại thiết bị năng lượng có mức phát thải ô nhiễm gần như "bằng 0", thân thiện với môi trường tuy nhiên giá thành của nó không hề nhỏ¹.

Pin nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm trên nhau bao gồm: lớp thứ nhất là điện cực nhiên liệu - anốt (cực dương), lớp thứ hai là chất điện giải dẫn proton – màng, lớp thứ ba là điện cực khí oxy – catốt (cực âm).

Các hệ thống pin nhiên liệu được phân loại theo nhiều cách khác nhau, ví dụ:

• Phân loại theo nhiệt độ hoạt động;

• Phân theo loại các chất tham gia phản ứng;

• Phân loại theo điện cực;

• Phân theo loại các chất điện phân.
 

Xu hướng bảo hộ sáng chế trong lĩnh vực pin nhiên liệu trên toàn cầu

Lĩnh vực tra cứu: Tra cứu theo phân loại sáng chế quốc tế (IPC) được xác định bởi nhóm chuyên gia về IPC của Tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới, được đăng tải ở địa chỉ; https://www.wipo.int/classifications/ipc/en/green_inventory/.

Chỉ số phân loại IPC đối với pin nhiên liệu

Công cụ phân tích: công cụ tra cứu Orbit của Questel.

Phạm vi không gian: Toàn cầu

Phạm vi thời gian: Từ 01/01/2006 trở đi.

Ngày thực hiện tra cứu: 14/04/2020

Kết quả tra cứu

Có tổng số 17.994 tài liệu sáng chế được tìm thấy liên quan đến các phân loại của pin nhiên liệu, trong đó có 51,3% sáng chế đã được cấp bằng.

Phân tích theo lĩnh vực công nghệ

Biểu đồ này dựa trên mã phân loại sáng chế quốc tế (IPC) có trong tập hợp sáng chế đang được phân tích. Các mã IPC đã được nhóm trong 35 lĩnh vực công nghệ, được trình bày ở đây. Biểu đồ này giúp xác định tính đa dạng hoặc tính đặc thù của danh mục sáng chế của chủ đơn. Hình minh họa này cho phép người dùng xác định rất nhanh việc kinh doanh cốt lõi của chủ thể đang nghiên cứu. Các danh mục ít được đại diện nhất cũng đóng vai trò là phương tiện để xác định các ứng dụng tiềm năng khác về sáng chế của chủ thể này. Biểu đồ này rất hữu ích trong việc xác định sáng chế trong một khu vực và trong một lĩnh vực có thể có nhiều mục đích sử dụng. Nó có thể hữu ích để xác định việc sử dụng mới cho các sáng chế đã được nộp.

Theo biểu đồ nêu trên, từ 2006 cho đến nay, các sáng chế trong lĩnh vực năng lượng pin nhiên liệu chủ yếu vẫn tập trung vào các lĩnh vực công nghệ máy móc thiết bị năng lượng; hóa học vật liệu cơ bản; ứng dụng pin nhiên liệu trong các phương tiện vận chuyển; công nghệ môi trường; công nghệ bề mặt; vật liệu luyện kim; kỹ thuật hóa học.

Biểu đồ “Technologies and applications” cho thấy các lĩnh vực như chế tạo, sản xuất pin nhiên liệu (điện cực, pin thứ cấp, các loại dung dịch điện phân…)  vẫn là lĩnh vực kỹ thuật được quan tâm nhất trong công nghệ pin nhiên liệu tính đến nay, hay nói cách khác công nghệ pin nhiên liệu vẫn tập trung vào bước nghiên cứu cơ bản, nghĩa là tập trung vào bước sản xuất pin nhiên liệu.
 

Phân tích theo chủ đơn và tác giả sáng chế chính

Biểu đồ trên cho thấy độ lớn danh mục đầu tư của chủ đơn trong nhóm sáng chế được phân tích. Dữ liệu này là một chỉ số tốt về mức độ sáng tạo của những chủ đơn tích cực. Nhằm nghiên cứu danh mục đầu tư của một chủ thể, biểu đồ này cho thấy danh mục đầu tư của chủ đơn và các đồng chủ đơn chính của họ. Dữ liệu này cũng là một chỉ báo tốt về xu hướng hợp tác của người nộp đơn và cũng xác định các đối tác ưa thích của họ. Đồng thời, để nghiên cứu các sáng chế của một chủ đề cụ thể, biểu đồ này thể hiện các chủ đơn hàng đầu theo số đơn đã nộp trong lĩnh vực. Điều này thể hiện các chủ đơn có số lượng sáng chế lớn nhất trong danh mục đầu tư của họ trong lĩnh vực đang được phân tích.

• Trong 3 chủ đơn hàng đầu, TOYOTA MOTOR đã có 1.050 họ sáng chế, HONDA MOTOR có 748 họ sáng chế, SAM SUNG SDI có 656 họ sáng chế liên quan đến lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu.

• Biểu đồ trên cũng chỉ ra có sự chênh lệch nhiều về số lượng họ sáng chế đã nộp giữa chủ đơn đứng vị trí thứ nhất và các chủ đơn còn lại.

Biểu đồ nêu trên minh họa các chủ đơn hàng đầu trong nhóm các sáng chế được phân tích theo tình trạng pháp lý. Thông tin này cho phép xác định những chủ đơn đã rút khỏi lĩnh vực (từ bỏ, mất hiệu lực và/hoặc hết hiệu lực bằng sáng chế của họ) và những người vẫn còn hoạt động trong lĩnh vực tương ứng (các đơn và bằng sáng chế vẫn còn hiệu lực).

Từ biểu đồ này có thể thấy, trong 3 chủ đơn hàng đầu, TOYOTA MOTOR tuy dẫn đầu với 1.505 họ sáng chế về pin nhiên liệu nhưng số sáng chế có hiệu lực chỉ là 755 sáng chế chiếm 50,16% tổng số sáng chế, trong khi tỷ lệ tương ứng của HONDA là 66,04% với 494 họ sáng chế có hiệu lực trên tổng 748 họ sáng chế đã nộp trong lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu, và với SAMSUNG SDI thì tỷ lệ này là 66,46% với 436 họ sáng chế có hiệu lực trên tổng số 656 họ sáng chế đã nộp trong lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu.

Biểu đồ này xác định các nhà sáng chế với số lượng sáng chế được nộp lớn nhất trong lĩnh vực kỹ thuật được phân tích và các nhà sáng chế nổi bật.

Cụ thể theo như biểu đồ trên thấy rằng: Trong lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu, nhà sáng chế WU DAOHONG có số lượng họ sáng chế nhiều nhất với 393 họ sáng chế, tiếp theo là hai nhà sáng chế XIAO LEI với 175 họ sáng chế và CHEN SHUIMIAO với 80 họ sáng chế.
 

Phân tích xu hướng nộp đơn và xu hướng đầu tư

Biểu đồ trên cho thấy số lượng đơn sáng chế trong lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu được nộp theo từng năm, qua đó cũng đánh giá được xu hướng và mức độ quan tâm của các chủ đơn cho lĩnh vực này.

Nhìn vào biểu đồ trên thấy rằng từ năm 2000 đến nay thì năm 2006 là năm có lượng sáng chế liên quan đến lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu nộp nhiều nhất với 1.798  họ sáng chế, tiếp đó là năm 2007 với 1.760 họ sáng chế và năm 2008 với 1.574 họ sáng chế.

Lưu ý: Do khoảng thời gian luật định cho việc công bố là tháng thứ 19 kể từ ngày nộp đơn, do đó cho số liệu công bố đầy đủ nhất sẽ thuộc về các đơn được có ngày nộp đơn đầu tiên từ tháng 10 năm 2018 trở về trước. Các số liệu năm 2019 và 2020 chưa đưa vào phân tích do các đơn có ngày nộp đơn đầu tiên trong giai đoạn này phần lớn chưa được công bố.

Biểu đồ này minh họa số lượng bằng sáng chế còn giá trị được nộp tại các cơ quan sáng chế của quốc gia khác nhau. Qua đó cũng thể hiện thị trường nào là tiềm năng với các chủ đơn trong lĩnh vực công nghệ đang xem xét.

Nhìn vào biểu đồ trên thấy rằng, lượng đơn sáng chế trong lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu được bảo hộ nhiều nhất ở Trung Quốc, tiếp đó là Nhật Bản và Mỹ.
 

Công nghệ pin nhiên liệu ở Việt Nam

Nói riêng về lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu tại Việt Nam, hiện nay Việt Nam chưa có cơ chế hỗ trợ phát triển lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu một cách tổng thể. Gần đây, để khuyến khích sản xuất, lắp ráp các loại xe thân thiện môi trường, gồm: xe ô tô chạy điện, xe ô tô sử dụng pin nhiên liệu, xe ô tô hybrid..., Chính phủ đã bổ sung các loại xe trên vào đối tượng áp dụng chương trình ưu đãi thuế theo nghị định số 57/2020/NĐ-CP² .

Công nghệ pin nhiên liệu ở Việt Nam hiện mới dừng lại ở các đề tài nghiên cứu của các viện nghiên cứu, trường đại học. Một số đề tài có thể kể đến như: đề tài nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng nhiên liệu hyđrô – Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam³ ; công trình của nhóm nghiên cứu của PGS.TS Hồ Thị Thanh Vân cùng nhóm sinh viên Trường Đại học Bách khoa (Đại học Quốc gia TP.HCM) góp phần giảm lượng kim loại quý dùng trong pin nhiên liệu ⁴…

Bên cạnh đó pin nhiên liệu cũng chưa được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam vì giá thành khá cao và chưa phù hợp trong điều kiện thiếu cơ sở hạ tầng để hỗ trợ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn nhận định đây là nguồn năng lượng vô tận, có thể tái sinh được và là nguồn năng lượng giữ vai trò chủ đạo thay thế nhiên liệu hóa thạch, không gây ô nhiễm môi trường và là nguồn năng lượng của tương lai.
 

Xu hướng công nghệ năng lượng pin nhiên liệu

Có thể nói với những ưu điểm vượt trội so với pin truyền thống, cũng như khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, pin nhiên liệu đang trở thành một sản phẩm hấp dẫn cho thị trường năng lượng.

Lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu đã được các nước trên thế giới nghiên cứu và đưa vào ứng dụng, đặc biệt từ những năm 2000 trở về đây, số lượng sáng chế có sự gia tăng đáng kể, nhiều nhất là năm 2006 với 1.798 họ sáng chế về pin nhiên liệu được nộp, tiếp đó là năm 2007 với 1.760 họ sáng chế và năm 2008 với 1.574 họ sáng chế.

Các khía cạnh công nghệ được tập trung nghiên cứu là máy móc thiết bị năng lượng; hóa học vật liệu cơ bản; ứng dụng pin nhiên liệu trong xe cộ; công nghệ môi trường; công nghệ bề mặt; vật liệu luyện kim; kỹ thuật hóa học (điện cực, pin thứ cấp, các loại dung dịch điện phân…). Nói cách khác, công nghệ năng lượng pin nhiên liệu vẫn tập trung vào bước nghiên cứu cơ bản là hoàn thiện quá trình sản xuất pin nhiên liệu.

Các chủ đơn hàng đầu trong lĩnh vực năng lượng pin nhiên liệu có thể kể đến lần lượt là TOYOTA MOTOR (1.050 họ sáng chế); HONDA MOTOR (748 họ sáng chế); SAMSUNG SDI (656 họ sáng chế), trong đó số lượng họ sáng chế của TOYOTA MOTOR có khoảng cách khá xa so với các chủ đơn còn lại.

Các thị trường tiềm năng của lĩnh vực công nghệ pin nhiên liệu có thể kể đến như thị trường Trung Quốc, tiếp đó là Nhật Bản và Mỹ, điều này được thể hiện ở số lượng sáng chế được bảo hộ bởi các Cơ quan sáng chế tại các quốc gia này

Với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, có thể nói tiềm năng phát triển của công nghệ pin nhiên liệu vẫn còn rất lớn. Tuy nhiên, hiện tại chi phí cho các hệ thống pin nhiên liệu lớn hơn so với các sản phẩm tương tự đã có sẵn, chủ yếu là do sản xuất quy mô nhỏ. Hi vọng, trong tương lai pin nhiên liệu sẽ được sản xuất với quy mô lớn hơn và chi phí thấp hơn để có thể được ứng dụng nhiều hơn nữa trong nhiều mặt của đời sống.

-----------------

¹https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_nhien_lieu

²http://thoibaotaichinhvietnam.vn/pages/nhip-song-tai-chinh/2020-05-29/uu-dai-thue-doi-voi-xe-than-thien-moi-truong-87437.aspx

³http://www.vast.ac.vn/cac-de-tai-nghien-cuu-khoa-hoc-va-phat-trien-cong-nghe?start=400?option=com_detai&view=detai&id=1103

⁴https://tuoitre.vn/buoc-dot-pha-moi-cho-pin-nhien-lieu-20191209090036045.htm