近日，中国进出口商品交易会在广州举行，新能源展区首次增设了氢能新题材。其中，一款通过水制氢驱动自行车行驶40至60公里的氢能自行车引起了广泛关注。作为氢能产业新兴应用领域的代表，氢能自行车近年来逐渐走进人们的视野，以其独特的优势成为绿色出行的新潮流。
业内人士表示，氢能自行车的概念并非近几年才出现，但其真正的商业化应用却是在近几年才逐渐实现。随着氢能技术的进步和成本的降低，氢能自行车开始从实验室走向市场，成为绿色出行的新选择。笔者对相关专利进行分析，以期为产业发展提供有益的参考和借鉴。
竞相布局专利
氢能自行车上的关键部件是氢燃料电池和储氢容器，需采用加氢方式为储氢容器充氢。在全球范围内，氢能自行车相关专利申请最早出现在20世纪90年代，其包括设置在自行车上的氢燃料电池以及如氢气瓶的储氢容器。2000年至2010年间，我国申请人开展了可使用在自行车或两轮车上的氢燃料电池的相关研究和专利布局。2010年至2023年，在氢能自行车领域，我国的相关专利申请量占全球总量的79%。在国外，雅马哈发动机株式会社、本田技研工业株式会社等申请人针对氢燃料电池以及使用氢燃料电池的诸如摩托车的两轮车展开了研究。
从重点申请人的角度来看，国内的永安行科技股份有限公司（下称永安行）、江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司（下称安泰创明研究院）在氢能自行车相关领域的研究和应用上处于领先地位，其氢能自行车相关专利申请量占国内相关专利总申请量的10%。永安行自成立以来始终致力于公共自行车系统的开发、制造、集成、安装、调试、销售以及信息技术服务。成立之初，永安行就明确了为城市提供完善的公共交通解决方案的目标，并迅速成为行业的佼佼者。其最新研发的氢能自行车采用固态氢电池，通过太阳能板自主制氢充氢换氢，可实现微型制充氢一体。安泰创明研究院在储氢材料、氢燃料电池方面具有一定的优势。目前，公司成功研制出了首批氢能助力自行车样车，并将氢能助力自行车的续航里程提升至145公里。
在国外重点申请人方面，日本铃木株式会社、德国林德公司、DLR研究机构等均在氢能两轮车方面进行了长期的技术研发和专利布局，涵盖氢燃料电池、储氢材料、储氢容器多个方面。其中林德公司、DLR研究机构也曾相继推出过氢能源自行车相关产品，不过受成本以及使用场景等方面的限制，并未获得大批量生产和推广。在应用方面，法国公司Pragma Industries研制的阿尔法自行车装有2公升氢燃料罐，可续航约100公里。
针对氢能自行车上的重点部件储氢容器，经历了从高压气态储氢到创新的低压固态储氢技术的发展历程。20世纪90年代开始的早期氢能自行车或氢能两轮车均采用高压气态储氢技术，这种储氢方式的成本相对较低且技术成熟，但气瓶体积大、重量重，且充气过程存在安全隐患。随着材料科学和化学工艺的发展，近几年，低压固态储氢技术逐渐得到发展并应用于氢能自行车中。固态储氢装置能够在较低的压力下稳定储存氢气，且使用时可以缓慢释放，这种技术相比于气态储氢，大幅提升了使用过程中的安全性。同时，固态储氢的体积和重量优势也使得氢能自行车更加便捷、高效。
目前，最新的氢能自行车采用的固态储氢材料主要是金属有机骨架和合金材料，其结合低压储氢和换氢技术，为骑行者提供了更长的续航里程和更安全便捷的使用体验。
发展前景广阔
当前，氢能自行车已经在全国范围内得到了广泛的应用。2023年7月，永安行在北京投放了第一批500辆氢能共享单车，开启了氢能自行车的试点运行。2024年4月，鹏飞集团联手氢航科技也在孝义市投放首批500辆氢能共享单车，为城市绿色出行做出了积极贡献。尽管尚处于起步阶段，但氢能自行车产业已被许多业内人士看好。根据中国氢能联盟预测，我国氢需求总量和结构预测将逐年上升，预计到2060年，在交通行业中，氢气需求将占总量的31%。
与此同时，地方政府也积极响应产业转型号召。2023年10月，我国首个氢能自行车地方标准《氢能助力自行车通用技术要求》发布，该标准填补了我国乃至全球在氢能助力自行车领域的标准空白。2024年5月，成都市产业建圈强链工作领导小组正式对外公布的《成都市产业建圈强链2024年工作要点》显示，低空经济、氢能成为今年成都实施产业建圈强链行动打造的两条重点产业链。
尽管氢能自行车具有诸多优势和良好的市场前景，但其发展仍面临一些挑战。首先，氢能自行车的制造成本较高，这限制了其在市场上的普及和应用。其次，氢能基础设施建设的滞后也是制约氢能自行车发展的一个重要因素。目前，氢能加注站等基础设施的建设尚不完善，这限制了氢能自行车的行驶范围和便利性。此外，大众对氢能自行车的认知和接受度也需要进一步提高。
在笔者看来，随着技术的不断进步和政策的支持，氢能自行车的发展也面临着巨大的机遇。首先，随着氢能技术的进步和成本的降低，氢能自行车的制造成本将逐渐降低，其安全性将继续提升，这将有助于其在市场上的普及和应用。其次，各国政府对环保和可持续发展的重视也将为氢能自行车的发展提供有力的政策支持。最后，随着消费者对环保和健康的关注度不断提高，氢能自行车作为一种绿色出行方式将逐渐受到更多消费者的青睐。
氢能自行车要实现市场化发展，需要氢能企业设计出一套可行的商业运营模式，充分利用氢能自行车在续航、补能、综合用能成本、安全性等方面的优势条件，缩短氢能两轮车与消费者之间的距离。除了进一步优化储氢材料外，整车设计和能效管理也成为提高其续航里程的关键。集成先进电动驱动系统和轻质材料技术，使得氢能自行车的续航里程进一步提升至150公里左右。此外，储氢方式的演变同样对安全性能的优化起到重要作用。氢能自行车采用固态储氢技术后，固态储氢材料的使用降低了氢气泄漏和爆炸的风险。同时，智能感应技术的发展使得实时监测氢气存储状态成为可能，进一步提高了应急响应的效率。
我们期待着氢能自行车在推动城市绿色出行、促进环保和可持续发展方面发挥更大的作用。（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心 史文秋 丁贺）
（本文仅代表作者个人观点）
（编辑：刘珊）
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