平成２３年度
特許出願技術動向調査報告書（概要）
燃料電池
平成２４年４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：０３－３５８１－１１０１（内線２１５５）第 1 章 調査概要
第 1 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（CO2）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、2000 年度、2006 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 5 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 2 節 技術概要 (1) 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1-1 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1801 年にデービー卿（英国）によるといわれている。その後、1839 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、1952 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PC3A はアポロ計画に採用され、1969 年アポロ 11 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1965 年ジェミニ 5 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、1967～1976 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、1991 年 4 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 5,000kW、常圧型 1,000kW の実証試験が 1995～1996 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。
図1-1 燃料電池主たる技術変遷
石油危機
1978. 11月 米国：PURPA（Public Utility Regulatory Policies Act) → 第1次風力発電ブームを招来 80年代 15,000台の風力発電機 1,500MW カリフォルニア 50kW → 200kW級 風車へ 1800年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1900年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1950年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1960年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1970年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 1980年 ‐‐‐‐‐‐‐‐ 1990年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2000年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2010年 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 2020年 2040年 PEFC
Polymer Electrolyte Fuel Cell
DMFC
Direct Methanol Fuel Cell
SOFC Solid Oxide Fuel Cell
MCFC
Molten Carbonate Fuel Cell PAFC
Phosphoric Acid Fuel Cell
1981年：ムーンライト計画スタート 2000年：ミレーニアム計画スタート 燃料電池普及促進 2002 年： トヨタ、ホンダ FCVの限定販売開始 2002－2010年 FCVの実証試験 2015年：FCV普及元年 2025年：FCV 200万台 目標 2003 年 NEF 定置式PEFCの実証試験開始 2005 －2008 年 NEDO／NEF 家庭用PEFCの大規模設置事業 2007 －2010 年 家庭用SOFCの実証試験 2009年 「エネファーム」補助事業 一般家庭へ導入 2011年 SOFC家庭用コジェネ補助対象 日 本 の 状 況 1987年： 電気事業用 1MW級 PAFC実証試験 1993年： 電中研 100kW級MCFC発電試験 成功 1801年：Davy卿（英国） 燃料電池の原理発見 1959年：Bacon（英国） AFC発電装置の試作：5kW 1900年：Nernst（独国） SOFCの発電原理発見 電解質：YSZ Yttria Stabilized Zirconia
1910年：Taitelbaum 液体燃料電池原理の発見 1937年：Bauer（独国） SOFC 試作 燃 料 電 池 原 理 ・ 試 作 1839年：Grove卿（英国） 現在の燃料電池の原型モデル 実験に成功 1921年：Bauer（独国） MCFC 試作 1962年：DuPont社 Nafion発明 1961年：Justi アルコールDMFC原理の発見 1996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 1987年：バラード社（カナダ） 高性能PEFC開発 海 外 の 状 況 1994年：ダイムラ－社/バラード社 PEFC－FCV共同開発 1972年：米国Target計画 東京瓦斯、大阪瓦斯が参加 1961年： 米国 宇宙船用超寿命PEFC開発着手 独国SFC社 可搬式DMFCを実用化し 累計販売台数2万台超 1950年：GE社 PEFC開発着手 1967年：Target計画 PAFC開発開始 1965年 ジェミニ5号にPEFC搭載（GE社） 1969年 アポロ11号にAFC搭載（UTC社） 1996年：ダイムラ－社 FCV 「Necar1」発表 1980年半ば： GE社のPEFC技術を UTC社に移譲 各種情報を基にJATIS作成 1991年：Pal Alto,研 UC Oakland
Nafion使用のMEA構成の発明 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 2007年： ダイムラ－社/フォード社/バラード社 新会社設立 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。2005～2008 年 NEDO/NEF の「家庭用 PEFC の大規模設置事業」、2007～2010 年の「家庭用 SOFC の実証試験」を経て、2009 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。2011 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 2002～2010 年まで実証試験と 水素インフラ整備が行われ、2015 年が FCV 普及元年と位置づけられている。 (2)技術俯瞰図 図1-2 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）、その他のタイプが追加され、全体では 6 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。
図1-2 燃料電池の技術俯瞰図 自動車用 産業用 業務用 住宅用 モバイル用 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） 制御技術 （ 補助機器制御、運転制御技術等） 系統連系 電力購入 購入補助 金 商品への 適合性向上 信頼性 向上 製造コスト 低減 耐久性 向上 長寿命 低価格 安全性 ⑦ 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） ① 電 極 ② 電解質・電解質膜 ③ セパレータ 発 電 ユ ニ ッ ト セル 構成部材 システム ⑥ モジュール ⑤ スタック ④ 単セル 制御技術 製造・構造技術 材料技術 技 術 区 分 応用 産業 溶融炭酸塩形 燃料電池 （MCFC） 固体高分子形 燃料電池 （PEFC） 直接 メタノール形 燃料電池 （DMFC） 固体酸化物形 燃料電池 （SOFC） その他 燃料電池 りん酸形 燃料電池 （PAFC） 種 類 燃料電池の実用化に向けた技術 図1-3 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1-3 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
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 2 章 特許動向調査
第 1 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。 (1) 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 H01M8/00-8/24 と H01M4/86-4/98 を指定した。対象期間は優先権主張年ベースで 2005～2009 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 39 発行国・機関が本調査の対象である。 【DWPI 収録の 39 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29,102 件、国内外の内訳は、国内パテントファミリーが 19,878 件、外国パテ ントファミリーが 9,224 件である。 検索を実施したのは2011 年 7 月 4 日で、調査対象期間である出願（優先権主張）2009 年 の末から 18 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2008 年、2009 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。 (2)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29,102 件中、ノイズは 1,382 件でノイズ率は 4.7%であ った。残った 27,720 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 50,457 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 38 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 20 カ国 と欧州特許庁（EPO）である。 【EPC 加盟 38 カ国（2011 年 7 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、
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 20 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 2 節 全体動向調査 (1) 2006 年度調査結果の継続表示 図 2-1 に前回実施した 2006 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：1998 年～2004 年）に、今回の 2005 年～2009 年まで 5 年間の調査結果を合わせ、 過去 12 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 2006 年頃にピークをむかえ、2007 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2003 年と 2004 年、今回調査 の 2008 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2-1 出願先国別出願件数比率、出願件数推移 日本 37,841件 57.8% 米国 14,853件 22.7% 欧州 12,721件 19.4% 日米欧合計65,415件 含中韓：74,228件 1,8402,567 4,216 5,121 6,449 6,127 5,889 8,403 8,342 7,555 5,394 3,512 10,606 10,760 9,565 6,688 4,400 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本 米国 欧州 合計 中韓追加 優先権主張 1998～2009年 出願先国 注: 2003 年、2004 年、及び 2008 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。 (2) 日米欧中韓への出願動向 調査対象期間（優先権主張2005～2009 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2-2 に示す。 日米欧中韓への出願件数合計は 42,019 件であり、これは DWPI 全収録国への合計出願件
州 15.1%、中国 11.1%、韓国 9.8%と続く。全体の推移を見ると、2005 年から 2006 年に微 増した後、減少の傾向が見受けられる。 図2-2 出願先国別出願件数推移及び比率（日米欧中韓への出願） 10,606 10,760 9,565 6,688 4,400 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本 米国 欧州 中国 韓国 合計 優先権主張 2005～2009年 出願先国 日本 19,445件 46.3% 米国 7,422件 17.7% 欧州 6,340件 15.1% 中国 4,682件 11.1% 韓国 4,130件 9.8% 合計 42,019件 注: 2008 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2-3 に示す。日本国籍が 58.2%と最多で、出願先 国別の 46.3%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 12.1%、11.7%、11.6%と拮抗し、中国籍は 3.6%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2-3 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） 10,606 10,760 9,565 6,688 4,400 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国 日本国籍 24,448件 58.2% 米国籍 4,909件 11.7% 欧州国籍 4,862件 11.6% 中国籍 1,512件 3.6% 韓国籍 5,069件 12.1% その他 1,219件 2.9% 合計 42,019件 注: 2008 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 2-4 に示す。日米欧中韓での登録件 数合計は 5,458 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 2011 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、
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 31.7%、米国 23.5%、日本 17.1%、中国 14.7%、欧州 13%であり、出願件数比 率とは大きく様相が異なる。 図2-4 出願先国別登録件数推移及び比率（日米欧中韓への出願） 2,319 1,627 986 425 101 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2005 2006 2007 2008 2009 登 録 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本 米国 欧州 中国 韓国 合計 優先権主張 2005～2009年 出願先国 日本 935件 17.1% 米国 1,280件 23.5% 欧州 710件 13.0% 中国 804件 14.7% 韓国 1,729件 31.7% 合計 5,458件 図 2-5 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 2-3）と比べる と、12.1%だった韓国籍が 35.6%と大幅に拡大して最大になる一方、日本国籍は 58.2%から 31.3%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 3.6%から 8.8%に拡大している。 図2-5 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） 2,319 1,627 986 425 101 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2005 2006 2007 2008 2009 登 録 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 1,707件 31.3% 米国籍 677件 12.4% 欧州国籍 505件 9.3% 中国籍 483件 8.8% 韓国籍 1,941件 35.6% その他 145件 2.7% 合計 5,458件
(3) 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 2-6 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3 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1,158 件、欧州か ら米国へは818 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2-6 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） 日本国籍 17,687件 91.0% 米国籍 540件 2.8% 欧州国籍 499件 2.6% 中国籍 11件 0.1% 韓国籍 528件 2.7% その他 180件 0.9% 日本への出願 19,445件 日本国籍 2,782件 37.5% 米国籍 2,231件 30.1% 欧州国籍 818件 11.0% 中国籍 34件 0.5% 韓国籍 972件 13.1% その他 585件 7.9% 米国への出願 7,422件 日本国籍 1,748件 27.6% 米国籍 1,158件 18.3% 欧州国籍 2,835件 44.7% 中国籍 16件 0.3% 韓国籍 373件 5.9% その他 210件 3.3% 欧州への出願 6,340件 日本国籍 1,506件 32.2% 米国籍 705件 15.1% 欧州国籍 422件 9.0% 中国籍 1,443件 30.8% 韓国籍 421件 9.0% その他 185件 4.0% 中国への出願 4,682件 日本国籍 725件 17.6% 米国籍 275件 6.7% 欧州国籍 288件 7.0% 中国籍 8件 0.2% 韓国籍 2,775件 67.2% その他 59件 1.4% 韓国への出願 4,130件 499件 1,748件 1,158件 818件 540件 2,782件 34件 705件 8件 421件 373件 288件 11件 1,506件 528件 725件 275件 972件 422件 16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6,448 件（全 27,101 件の 23.8％）に限定し、その出願動向を分析した。この 6,448 ファミリー中の日米欧中韓への出願計 21,666 件について、出願人国籍別出願件数推移及び 比率を図 2-7 に示す。出願人国籍別比率は大きい順に日本国籍 45.1%、米国籍 17.8%、欧州 国籍 17.7%、韓国籍 14.9%、中国籍 0.5%である。
図2-7 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） 6,213 6,223 5,362 2,765 1,103 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 9,776件 45.1% 米国籍 3,858件 17.8% 欧州国籍 3,839件 17.7% 中国籍 103件 0.5% 韓国籍 3,226件 14.9% その他 864件 4.0% 合計 21,666件 注: 2008 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 3 節 技術区分別動向調査 (1) 日米欧中韓への出願 ①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 2-8 に示す。固体高分子形燃料 電池（PEFC）53.2%、固体酸化物形燃料電池（SOFC）12.3％、直接メタノール形燃料電池 （DMFC）11.4%と、この 3 タイプで全体の 78％の出願比率を示す。 図2-8 燃料電池種類別出願件数比率と推移 7,702 7,403 6,905 4,670 3,224 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年）
PEFC DMFC AFC SOFC MCFC PAFC レドックス 特定せず バイオ その他 合計 優先権主張 2005～2009年 種類別 PEFC 20,533件 53.2% DMFC 4,389件 11.4% AFC 215件 0.6% SOFC 4,767件 12.3% MCFC 293件 0.8% PAFC 108件 0.3% レドック ス 139件 0.4% 特定せず 6,885件 17.8% バイオ 449件 1.2% その他 835件 2.2% 合計 38,613件 記載率 91.9% 注: 2008 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 2-9、図 2-10、図 2-11 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 2 タ イプより緩やかである。
図2-9 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 5,290 5,002 4,759 3,350 2,132 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 13,148件 64.0% 米国籍 2,204件 10.7% 欧州国籍 1,820件 8.9% 中国籍 712件 3.5% 韓国籍 2,230件 10.9% その他 419件 2.0% 合計 20,533件 注: 2008 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2-10 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 1,316 1,303 919 493 358 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 2,794件 63.7% 米国籍 202件 4.6% 欧州国籍 285件 6.5% 中国籍 166件 3.8% 韓国籍 756件 17.2% その他 186件 4.2% 合計 4,389件 注: 2008 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2-11 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 1,063 1,057 1,149 786 712 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 2,460件 51.6% 米国籍 867件 18.2% 欧州国籍 877件 18.4% 中国籍 161件 3.4% 韓国籍 304件 6.4% その他 98件 2.1% 合計 4,767件 注: 2008 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。 ②燃料電池の用途別―出願人国籍別件数 図2-12 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 43.6%
である。自動車等の移動体に関する出願が51.3%、住宅用やモバイル機器等の個別用途に関 する出願が28.7%とこの 2 用途で 80%を占める。 図2-12 用途別出願件数比率と推移 4,607 4,978 4,132 2,759 1,830 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 移動体 業務用 個別 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 用途別 移動体 9,388件 51.3% 業務用 1,116件 6.1% 個別 5,246件 28.7% その他 2,556件 14.0% 合計 18,306 記載率 43.6% 注: 2008 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2-13 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68.1%、次いで米国籍が 12.5%、欧州国籍が 10.5%、韓国籍が 7.5%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 2009 年を除いても減少傾向にある。 図2-13 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 2,270 2,228 1,987 1,463 874 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 6,006件 68.1% 米国籍 1,101件 12.5% 欧州国籍 923件 10.5% 中国籍 63件 0.7% 韓国籍 661件 7.5% その他 68件 0.8% 合計 8,822件 注: 2008 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 2-14、図 2-15 に示す。いずれも日本国籍出願人からの出願が多い。
図2-14 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 日本国籍 2,760件 70.0% 米国籍 273件 6.9% 欧州国籍 223件 5.7% 中国籍 28件 0.7% 韓国籍 489件 12.4% その他 168件 4.3% 合計 3,941件 1,036 1,313 822 512 258 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 注: 2008 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2-15 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 244 255 312 185 171 0 50 100 150 200 250 300 350 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 959件 82.2% 米国籍 25件 2.1% 欧州 国籍 35件 3.0% 中国籍 3件 0.3% 韓国籍 131件 11.2% その他 14件 1.2% 合計 1,167件 注: 2008 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。 ③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 7 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 60,495 件になる。技術区分別出願件数比率と推移を図 2-16 に示す。 システムに関する出願が 15,490 件で 25.6%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 40,071 件で 66.2%を占める。
図2-16 要素技術区分別出願件数比率と推移 14,913 16,017 14,901 8,768 5,896 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 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 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 主要技術区分別 電極触 媒層 8,913件 14.7% 電解質 膜 6,407件 10.6% MEA,GDL 5,668件 9.4% セパレー タ 5,877件 9.7% 単セル 5,208件 8.6% スタック 5,885件 9.7% モジュー ル 2,113件 3.5% システム 15,490件 25.6% その他 4,934件 8.2% 合計 60,495件 注: 2008 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。 ④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2-17 に示す。合計 28,523 件の うち、電極触媒に関する出願が 13,748 件で 48.2%、電解質は 8,120 件で 28.5%、セパレー タ・インターコネクタが3,071 件で 10.8%、MEA が 2,962 件で 10.4%、その他が 622 件で 2.2%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2-17 材料区分別出願件数比率と推移 電極触媒 13,748件 48.2% 電解質 8,120件 28.5% ＭＥＡ 2,962件 10.4% セパレー タ・イン ターコネク タ 3,071件 10.8% その他 622件 2.2% 合計 28,523件 6,702 6,985 7,138 4,630 3,068 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 電極触媒 電解質 ＭＥＡ セパレータ・インターコネクタ その他 合計 優先権主張 2005～2009年 材料区分別 注: 2008 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2-18 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 13,748 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 5,741 件で 41.8%、触媒 担体・支持体が5,213 件で 37.9%、SOFC 関連ではアノード（燃料極）が 1,069 件で 7.8%、 カソード（空気極）が882 件で 6.4%と続く。
図2-18 電極触媒材料別出願件数比率と推移 金属系 5,741件 41.8% 非金属系 324件 2.4% アノード (SOFC) 1,069件 7.8% カソード (SOFC) 882件 6.4% 担体、支 持体 5,213件 37.9% その他 519件 3.8% 合計 13,748件 3,327 3,294 3,405 2,229 1,493 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 金属系 非金属系 アノード(SOFC) カソード(SOFC) 担体、支持体 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 電極触媒内容 注: 2008 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2-19 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 8,120 件の内、PEFC・DMFC に関する出願が 5,952 件で 73.3%、SOFC に関する出願が 1,539 件 で19%等である。 図2-19 電解質の燃料電池種類別出願件数比率と推移 1,977 2,030 1,989 1,318 806 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年）
PEFC,DMFC SOFC AFC MCFC その他 合計
優先権主張 2005～2009年 対象燃料電池種類 PEFC,DMF C 5,952件 73.3% SOFC 1,539件 19.0% AFC 100件 1.2% MCFC 135件 1.7% その他 394件 4.9% 合計 8,120件 注: 2008 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。 (2) 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2-20 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 2-21 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
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2-20 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） 課 題 部 材 シ ス テ ム システム 構成別 供給 排出系 運転系 実用性能 向上 安全・ 信頼・ 耐久性・ コスト 部材 構成別 発電構成 エレメント 発電構成 デバイス 周辺機器 図2-21 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） システム 構成別 供給系 排ガス 処理系 出力処理 系 制御系 原燃料 供給系 燃料 供給系 酸化剤 供給系 加熱冷却媒 体の燃料電 池への供給 燃料 排ガス系 酸化剤 排ガス系 燃料電池 電力出力系 配置方法、 治具等 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 燃焼 排ガス系 燃料電池 排熱利用系 解決 手 段 部 材 シ ス テ ム 部材 構成別 材料・ 組成 機械的構造 安全・環境 電気的 性質 製造 発電構成 エレメント 発電構成 デバイス 触媒 電解質 複合体 触媒 複合部品 発電構成 デバイス 発電構成 構造体 周辺 機器 周辺 機器 モジュール スタック 電解質
する課題が16,326 件で 52.5%、システムに関する課題が 14,766 件で 47.5%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2-22 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2-22 PEFC 課題―解決手段別出願件数（日米欧中韓への出願） 86 3 3,558 260 12 67 2,436 2,462 2,671 31 11 155 1,129 635 1,713 1,685 704 87 98 5 68 107 181 94 11 55 53 10 1 31 1 242 8 67 132 48 142 186 295 671 3 14 149 125 394 145 6 52 82 51 320 592 1,816 79 21 9 90 107 230 149 8 61 34 20 7 53 6 217 15 32 171 78 104 14 11 16 136 1 14 2 8 275 13 12 1 13 12 57 166 15 9 522 168 189 95 6 175 93 31 7 76 11 90 3 355 133 14 50 19 11 34 94 4 34 12 12 2 256 21 19 7 20 18 64 67 16 9 1,076 410 399 220 31 339 157 24 13 183 28 247 5 482 350 84 91 41 2 52 88 75 4 59 82 100 22 149 12 37 20 90 105 347 165 16 8 698 719 814 364 50 512 290 58 44 517 53 804 44 614 1,048 497 479 29 126 72 50 10 139 81 126 11 95 3 63 31 147 145 297 65 4 5 351 338 372 269 16 318 154 67 19 281 66 278 19 275 439 256 119 85 3 535 256 71 31 440 339 628 40 89 92 253 123 519 536 874 280 65 42 560 866 897 316 69 560 345 77 64 348 37 890 59 418 1,001 338 665 3 15 3 4 4 6 11 6 2 24 10 1 20 6 23 77 4 4 57 41 35 22 21 13 19 12 33 2 87 20 17 46 21 103 電気 的 性 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 その他 発電構成デバイス 安全・信頼・耐久性・コスト 発電構成E その他 発電構成D 発電構成E 周辺機器 その他 複合部品 発電構成S 発電構成D その他 電解質 触媒 モジュール他 複合体 周辺機器 その他 電解質 触媒 発電構成D その他 原燃料 その他 燃料 酸化剤 加熱冷却媒 燃焼 その他 燃料 酸化剤 電力出力 排熱利用 配置、治具等 その他 アウトプット その他 対象機器 導入排出状態制御 製 造 材 料 ・ 組 成 機 械 的 構 造 安 全 他 供 給 系 出 力 処 理 系 排 ガ ス 処 理 制 御 系 部 材 に 関 す る 課 題 群 シ ス テ ム に 関 す る 課 題 群 部 材 に 関 す る 解 決 手 段 シ ス テ ム に 関 す る 解 決 手 段 注 E：エレメントの略；D：デバイスの略; S：構造体の略
②DMFC 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 6,756 件、部材に関する 課題が 3,029 件で 44.8%、システムに関する課題が 3,727 件で 55.2%である。図 2-23 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2-23 DMFC 課題―解決手段別出願件数（日米欧中韓への出願） 8 485 31 3 519 666 272 2 26 210 133 307 94 86 21 7 36 25 11 3 3 12 5 2 9 9 5 14 7 19 32 4 47 205 35 51 84 96 4 19 30 18 116 49 407 39 6 2 58 66 69 20 4 29 16 10 5 26 2 59 6 10 50 13 23 2 6 13 13 4 2 7 2 35 4 4 14 2 30 49 1 91 36 45 4 2 11 7 5 4 3 23 1 1 19 1 15 1 4 27 2 4 16 2 10 2 14 15 3 1 21 23 75 83 6 3 404 226 106 15 6 71 26 11 7 31 5 114 26 144 19 59 15 4 31 4 7 3 3 3 4 1 9 21 5 57 46 5 3 184 173 104 40 3 69 26 6 1 113 3 231 5 50 252 103 91 2 26 14 1 2 37 35 39 1 7 12 15 16 80 38 98 26 1 98 122 88 27 15 77 31 7 3 45 5 89 5 46 127 78 39 12 132 56 1 8 101 227 91 2 21 28 47 56 144 67 153 143 22 10 334 243 155 27 8 109 58 21 7 81 6 174 5 43 182 82 137 2 6 5 1 6 3 3 4 1 1 3 2 6 27 1 20 2 2 1 4 1 5 1 9 5 2 10 7 4 電気 的 性 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 その他 発電構成デバイス 安全・信頼・耐久性・コスト 発電構成E その他 発電構成D 発電構成E 周辺機器 その他 複合部品 発電構成S 発電構成D その他 電解質 触媒 モジュール他 複合体 周辺機器 その他 電解質 触媒 発電構成D その他 原燃料 その他 燃料 酸化剤 加熱冷却媒 燃焼 その他 燃料 酸化剤 電力出力 排熱利用 配置、治具等 その他 アウトプット その他 対象機器 導入排出状態制御 製 造 材 料 ・ 組 成 機 械 的 構 造 安 全 他 供 給 系 出 力 処 理 系 排 ガ ス 処 理 系 制 御 系 部 材 に 関 す る 課 題 群 シ ス テ ム に 関 す る 課 題 群 部 材 に 関 す る 解 決 手 段 シ ス テ ム に 関 す る 解 決 手 段
③SOFC 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7,105 件、部材に関する課題が 4,148 件で 58.4%、システムに関する 課題が 2,957 件で 41.6%である。図 2-24 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 2 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2-24 SOFC 課題―解決手段別出願件数（日米欧中韓への出願） 65 663 116 13 9 474 414 650 66 3 32 157 112 358 377 186 21 7 43 17 33 2 12 4 2 4 1 32 11 18 10 17 127 109 288 1 13 88 72 232 136 7 33 30 25 164 187 936 36 1 1 42 28 66 12 7 61 33 9 1 11 6 56 18 32 16 8 13 17 5 14 22 6 14 4 35 7 12 4 10 6 30 35 1 130 56 40 28 6 71 50 19 5 20 12 48 134 45 31 17 2 5 4 9 2 6 11 19 3 25 2 2 7 9 4 27 40 208 53 50 21 2 120 72 17 4 16 17 66 156 57 53 22 19 1 23 29 10 1 21 15 23 18 18 1 4 3 22 21 114 23 1 2 207 84 87 38 10 129 90 24 1 53 34 152 1 223 147 87 52 36 55 36 2 5 68 38 45 20 13 5 30 19 59 41 171 49 1 1 198 83 131 52 11 239 146 94 7 65 45 151 1 150 128 80 30 30 92 59 3 11 114 28 95 23 4 5 46 16 56 64 184 35 1 7 90 64 56 23 6 63 28 18 8 22 16 95 3 88 94 36 79 1 14 1 6 9 8 7 1 2 4 7 33 24 1 9 7 2 6 3 1 25 5 16 1 8 4 9 2 5 5 6 15 電気 的 性 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 その他 発電構成デバイス 安全・信頼・耐久性・コスト 発電構成E その他 発電構成D 発電構成E 周辺機器 その他 複合部品 発電構成S 発電構成D その他 電解質 触媒 モジュール他 複合体 周辺機器 その他 電解質 触媒 発電構成D その他 原燃料 その他 燃料 酸化剤 加熱冷却媒 燃焼 その他 燃料 酸化剤 電力出力 排熱利用 配置、治具等 その他 アウトプット その他 対象機器 導入排出状態制御 製 造 材 料 ・ 組 成 機 械 的 構 造 安 全 他 供 給 系 出 力 処 理 系 排 ガ ス 処 理 制 御 系 部 材 に 関 す る 課 題 群 シ ス テ ム に 関 す る 課 題 群 部 材 に 関 す る 解 決 手 段 シ ス テ ム に 関 す る 解 決 手 段 注 E：エレメントの略；D：デバイスの略; S：構造体の略
第 4 節 注目研究開発テーマの動向調査 以下に示す6 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(1)白金使用量低減、(2)高導電率耐食性バイポーラプレート(セ パレータ)、(3)フラッディング抑制技術、(4)SOFC 信頼性･耐久性向上技術の分析結果を以下 に述べる。 (1) 白金使用量低減 図2-25 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 2-26 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 2-25 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 1,050 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 500 件で 47.6%、次いで 非貴金属系合金に関する内容が 161 件で 15.3%、以下無機系の 138 件で 13.1%、カーボン系 の123 件で 11.7%、コアシェルの 52 件で 5.0%、クラスターの 27 件で 2.6%である。出願人 国籍として日本が 56.3%で第 1 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2-25 白金使用量低減に関する出願の内訳と件数推移 244 259 259 178 110 0 50 100 150 200 250 300 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 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 優先権主張 2005～2009年 技術内訳 白金・貴 金属使用 量減 500件 47.6% 非貴金 属合金 161件 15.3% コアシェル 52件 5.0% クラスター 27件 2.6% 有機系 49件 4.7% 無機系 138件 13.1% カーボン 系 123件 11.7% 合計 1,050件 注: 2008 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2-26 白金使用量低減に出願人国籍別比率と出願件数推移 244 259 259 178 110 0 50 100 150 200 250 300 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 優先権主張 2005～2009年 出願人国籍 日本国籍 591件 56.3% 米国籍 126件 12.0% 欧州国籍 102件 9.7% 中国籍 65件 6.2% 韓国籍 146件 13.9% その他 20件 1.9% 合計 1,050件 注: 2008 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。 (2) 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2-27 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 56.1%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2-27 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 炭素系 414 24.5% 金属系 947 56.1% 表面処理 146 8.7% その他 180 10.7% 合計 1,687件 今回調査対象年分 138 187 199 302 367 302 306 449 371 405 281 181 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 炭素系 金属系 表面処理 その他 合計 優先権主張 1998～2009年 バイポーラプレート技術 注: 2008 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。 (3) 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2-28 に示す。 合計で2,907 件あり、対応している技術ではシステムによるものが 609 件で 20.9%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454 件、MEA/GDL の 442 件、触 媒層技術の427 件、スタックの 419 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 2006 年がピークである。
図2-28 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 触媒層技 術 427件 14.7% 電解質 180件 6.2% MEA/GDL 442件 15.2% セパレータ 454件 15.6% 単セル 316件 10.9% スタック 419件 14.4% モジュール 60件 2.1% システム 609件 20.9% 合計 2,907件 702 776 768 350 311 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 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 優先権主張 2005～2009年 対象技術 注: 2008 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。 (4) 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2-29 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448 件、インターコネクターが 275 件、以下単セル 255 件、支 持体 209 件、電極触媒 190 件、電解質 138 件と続いている。 図2-29 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 308 361 409 247 190 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 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 優先権主張 2005～2009年 技術内訳 電極触媒 190件 12.5% 電解質 138件 9.1% 支持体 209件 13.8% インターコ ネクター 275件 18.2% 単セル 255件 16.8% モジュー ル・スタッ ク 448件 29.6% 合計 1,515件 注: 2008 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。
(5) 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6 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 4 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 5 分野と、大学、公的研究機間の 2 分野、合計 7 分野である。なお、ここで の抽出条件を、上記 4 テーマの「いずれかのテーマに５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167 出願人である。 結果を図2-30 に出願人属性別にバブル図で示す。 ①白金量低減 化学・素材産業からの出願が多く199 件で 1 位である。次いで自動車産業から 173 件、 電機・電子産業から 163 件と続いている。この 3 業界が白金量低減技術に関する主要産 業分野である。 ②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 677 件と 1 位、次いで化学・素材産業から 399 件、以下 電機・電子産業から120 件、研究機関、機械・その他産業と続いている。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。 ③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 718 件と 1 位、次いで電機・電子産業から の291 件、以下機械・その他産業から 134 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。 ④SOFC の信頼性・耐久性向上 化学・素材産業からの出願が多く395 件で 1 位である。次いで研究機間から 145 件、 電機・電子産業から 122 件、自動車産業から 102 件、以下機械・その他産業、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。
図2-30 注目研究開発テーマにおける出願人属性別バブル図 173 163 199 9 4 15 35 677 120 399 74 6 8 82 718 291 81 134 37 102 122 395 88 88 39 145 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 白金量低減1 高導電率耐食性2 3 4 5 バイポーラプレート フラッディング 抑制技術 SOFC 信頼性・耐久性 自動車 電機・電子 化学・素材 機械・その他 電力・石油・ガス 大学 研究機関 注 目 研 究 開 発 テ ー マ 出 願 人 属 性 (6) 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3 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 2-31 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2-31 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 電極触媒 680件 11.9% MEA 901件 15.8% 電解質 1,372件 24.0% GDL 212件 3.7% セパレー タ 1,045件 18.3% 単セル 649件 11.4% モジュー ル 847件 14.8% 合計 5,706件 1,423 1,461 1,308 912 602 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 電極触媒 MEA 電解質 GDL セパレータ 単セル モジュール 合計 優先権主張 2005～2009年 信頼性・耐久性向上の内訳 注: 2008 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
図2-32 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 1/3 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2009 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2-32 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 182 220 164 75 79 0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 電極触媒 MEA 電解質 GDL セパレータ 単セル モジュール 合計 優先権主張 2005～2009年 信頼性・耐久性向上の内訳 電極触媒 118件 16.4% MEA 123件 17.1% 電解質 247件 34.3% GDL 18件 2.5% セパレー タ 33件 4.6% 単セル 73件 10.1% モジュー ル 108件 15.0% 合計 720件 注: 2008 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2-33 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 30%を占め、次いでインターコネクター、単セルを含め合計約 65%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2009 年の出願が 2008 年比 で増加している。 図2-33 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 電極触媒 190件 12.5% 電解質 138件 9.1% 支持体 209件 13.8% インターコ ネクター 275件 18.2% 単セル 255件 16.8% モジュール 448件 29.6% 合計 1,515件 308 361 409 247 190 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 20 40 60 80 100 120 140 2005 2006 2007 2008 2009 出 願 件 数 出願年（ 優先権主張年） 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 優先権主張 2005～2009年 信頼性・耐久性向上の内訳 注: 2008 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 3 章 研究開発動向調査
第 1 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2005年～2010年とした。 論文の検索条件以 下に示す。 z データベース：Scopus（世界4,000以上の出版社の16,000誌以上の学術ジャーナルを収載） z 検索日：2011 年 7 月 13 日z 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 2004 AND PUBYEAR BEF 2011 上記検索条件のヒット件数は、15,638 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16 誌抽出し、分析対象論文数を 6,948 件とし た。その論文誌ごとの内訳を表3-1 に示す。図 3-1 に前回調査範囲（1990～2006 年）と今 回の調査範囲（2005～2010 年）を合わせて表示した非特許文献件数の推移を示す。1990 ～2004 年の範囲の論文件数は、表 3-1 に示した 16 誌について Scopus にて検索し求めた。 表3-1 抽出した論文誌と論文件数
Journal of Power Sources 3,062 ○
International Journal of Hydrogen Energy 970 ○
Journal of the Electrochemical Society 848 ○
Electrochemica Acta 484 ○
Electrochemistry Communications 303
Solid State Ionics 293 ○
Journal of Membrane Science 264
Journal of Materials Chemistry 107
Chemistry of Materials 107
Journal of Physical Chemistry B 103
Nihon Kikai Gakkai Ronbunshu B Hen Transactions of
the Japan Society of Mechanical Engineers Part B 88
Journal of the American Chemical Society 82
Catalysis Today 64
Physical Chemistry Chemical Physics 62
Applied Catalysis A General 56
Langmuir 55
合計 （件） 6 ,9 4 8
Souce Title Number of
Articles 前回調査 図3-1 抄録を有する論文件数推移 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 非特許文 献 数 今回調査範囲 前回調査範囲
前回調査期間の1990～2004年の間も増加傾向を示しているが、2006年に急激に増加し、 2006年以降は年1,000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 2 節 全体動向 (1) 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3-2 に 示す。発表件数は、やや凹凸はあるものの、2005 年から 2010 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 3-2 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。2005 年～2006 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・その他が比率を伸ばしている傾向がある。 図3-2 研究者所属機関別論文件数推移と国籍別比率（全論文誌） 615 1,215 1,111 1,303 1,214 1,490 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 2005 2006 2007 2008 2009 2010 論 文 発 表 件 数 発行年 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 合計 発行年 2005～2010年 所属機関国籍 日本国籍 587件 8.4% 米国籍 1,711件 24.6% 欧州国籍 1,603件 23.1% 中国籍 1,038件 14.9% 韓国籍 516件 7.4% その他 1,493件 21.5% 合計 6,948件 (2) 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 3-3 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 5,000 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、中国籍およびその他国籍は特許 出願より論文発表が多い傾向がある。 図3-3 論文発表動向と特許出願動向の国籍別相関 日本国籍 米国籍 欧州国籍 中国籍 韓国籍 その他 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 0 500 1,000 1,500 2,000 特 許 出 願 件 数 論文発表件数
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 3-4 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3-4 PEFC の特許文献と論文の技術分野比較 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 燃料供給 改質器健全 性の維持 不純物除去 起動性能の 向上 操作性・可用 性・制御性… 出力特性の 向上 システム効率 の向上 信頼性・耐久 性の向上 安全性の向 上 コスト低減 特許文献 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 燃料供給 改質器健全 性の維持 不純物除去 起動性能の 向上 操作性・可用 性・制御性… 出力特性の 向上 システム効率 の向上 信頼性・耐久 性の向上 安全性の向 上 コスト低減 非特許文献 システムの課題別の割合 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 電極触媒 MEA 電解質（電解質膜） GDL セパレータ 単セル モジュール、スタック 改質器、他 特許文献 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 電極触媒 MEA 電解質（電解質膜） GDL セパレータ 単セル モジュール、スタック 改質器、他 非特許文献 部材の課題別の割合
第 4 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 10 億ドル超（1 ドル 80 円換算で、年間約 800 億円）と推計されている。 第1 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 1981 年より開始された。1993 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、1981 年から開発されてきた。1990 年代には、PEFC の開発が始まり、現在では PEFC、SOFC、 DMFC の 3 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、2005 年度には定置用燃料電池大規模実証事業 が始まり、2009 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、2002 年度～2009 年度までの燃料電池導入設置台数の推移をみ ると、図4-1 のようになる。2005 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 500 台近くになり、2009 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5,000 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3 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4-2 に示す。 図4-1 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） 12 31 2 480 777 959 1,156 5,124 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 導 入 設 置 台 数（ 台） 年度 固体酸化物形燃料電池（SOFC） 固体高分子形燃料電池（PEFC） 定置用燃料電池大規模実証事業 （2005年～2008年） 民生用燃料電池導入支援補助金 （2009年～） （出典：新エネルギー財団資料などを基にJATIS 作成）図4-2 NEDO における燃料電池・水素技術開発のプロジェクト群
第 2 節 海外の産業政策 ①米国
米国では、2005 年 8 月に「2005 年包括エネルギー政策法（Energy Policy Act of 2005）」 が成立した。これは、包括的エネルギー政策法としては 13 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120 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、2010 年の目標はコスト 45 ドル/kW、2015 年 の目標はコスト30 ドル/kW、耐久性 5,000 時間である。 米国は2009 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 4,200 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 5,400 万ドルと合わせ、この新たな資金は最高 1,000 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。 ②欧州 EU では 2007 年～2013 年の期間で欧州フレームワーク（FP：Framework Programme） のFP7 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、2020 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、2040 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。
2008 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、2008 年～2013 年に 4 億 7000 万ユーロを資金提供し、 産業界による 50％の所要コスト負担を含めると約 10 億ユーロになる（1 ユーロ 100 円換算 で1,000 億円：年間平均約 170 億円）。 ③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。1998 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。 2006 年～2010 年の 5 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「863 プログラム」（1986 年 3 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。 2011 年～2015 年の「新 863 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。 ④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1987 年に実施され、2003 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10 年計画が実施された。
