全球电池和电力储能技术专利分析报告.doc
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1、全球电池和电力储能技术专利分析报告近日,欧洲专利局(EPO)和国际能源署(IEA)联合发布全球电池和电力储能技术创新专利分析报告指出,电池和储能领域的专利申请在过去10年中大幅增长,年增长率为14%,在储能领域中电池专利占据高达90%的份额,创新主要集中在可充电锂离子电池、电子设备和电动汽车领域。电动汽车的发展推动了新型锂离子电池技术的创新,以提高功率输出、耐久性、充放电速度和可回收性。将风能和太阳能等可再生能源整合到电网中的需求也推动了储能技术的进步。报告关键要点如下:一、电池与电力储能在能源转型中的作用(1)全球储能技术发展低迷。可持续发展情景下,全球碳排放将从2018年的330亿吨降至2
2、050年的不足100亿吨,在2070年实现净零排放。2020年储能技术发展无法满足可持续发展情景要求,电网级储能发展十年来首次减缓。电动汽车技术发展正步入正轨,未来十年预计持续呈指数增长,2040年充电桩数量将达到目前的100倍。(2)可持续发展情景下电池和储能技术的部署将急剧扩张。当前,能源转型相关电池和其他储能技术的总需求已接近200吉瓦时/年,其中电动汽车领域占总需求的75%以上。可持续发展情景下,到2040年所有终端应用部门对电池和其他储能设备的需求接近10 000吉瓦时。(3)电动汽车电池创新有利于储能技术发展。储能未来发展的一个关键因素是:电动汽车技术发展能在多大程度上影响电网规模
3、储能电池。鉴于电动汽车电池的市场规模已经是电网规模电池的10倍,创新和降低电动汽车成本的间接影响可能会带来显著的推动作用。目前,约60%的电网规模电池采用了镍钴锰酸锂(NMC)混合材料,这是受电动汽车的新兴技术发展推动的。因此,随着供应链向下一种性能更高的混合材料或技术迈进,对电动汽车吸引力下降的技术可能在电网上以较低的成本进行部署。下一代锂离子电池技术将在未来5-10年内进入市场,采用镍含量较低的正极材料如镍钴铝酸锂(NMC,镍含量低于10%)或NMC 811。虽然能量密度大大提高,但受城市实际交通情况影响,有些电动汽车不一定要达到最高的能量密度,但此类高能量密度材料更有可能满足电力部门的要
4、求。2019年,由于中国政府提高了电动汽车电池的能量密度要求,导致能量密度相对较低的磷酸铁锂(LFP)电池产能过剩,转而用于电网规模储能。(4)电池和其他技术在储能领域的应用迅速扩大。全球储能总装机容量接近200吉瓦时,其中90%以上为抽水蓄能,而电池占比不到3%。尽管如此,抽水蓄能和压缩空气储能的进一步应用受到选址的限制。固定式储能对电池的应用正呈现指数级增长。锂离子电池已迅速成为电池主导技术,2018年其占到除抽水蓄能以外的新型储能技术新增装机容量的93%。2019年,大多数储能技术用于住宅、商业和工业部门。根据可持续发展情景,电池储能总装机容量将从2019年的6吉瓦增至2040年的550
5、吉瓦。二、电力储能专利申请主要趋势分析储能相关技术主要包括四类:电化学储能(即电池)、电磁储能(例如超级电容器)、机械储能(例如抽水蓄能、飞轮储能)和热储能(仅限于储热和回收电能的技术)。本报告中的专利分析是基于国际专利家族概念,每个专利家族都代表一项独特的发明,包括在至少两个国家/经济体提交和公开的同族专利申请。(1)过去十年电力储能技术相关专利申请活动迅速增长。2000-2018年,全球电力储能技术专利族申请量超过6.5万项,呈指数级增长。2005年以后电力储能相关专利族申请量年均增长14%,远超所有技术领域专利申请年均增长率(3.5%)。2012年之前,电力储能相关专利族数量呈指数级增长
6、,随后几年趋于稳定。2018年再次显著增长,增长率达到16.6%。总体而言,2018年电力储能相关专利族年申请量相较2000年增至7倍,同期所有专利族年申请量仅翻了一番。(2)电池技术主导电力储能创新。电力储能创新主要由电化学技术(即电池)主导,2018年电力储能相关专利80%以上是电池技术。电磁储能技术居第二,2018年占所有电力储能相关专利族数量的7%,机械储能和热储能分别仅占3%和2%。不同技术的研究基础不同,但2012年前所有电力储能技术专利申请增长强劲,与2000年相比,电化学(电池)技术专利申请增长超过400%,机械储能增长超过1000%。但2012年以后,除电池外,其他技术都停滞
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