投稿論文

Note

論文・特許情報を用いた固体高分子形燃料電池における萌芽・有望領域の抽出
Extraction of Potential Research Area in Polymer Electrolyte
Fuel Cell Technology Using Literature Information
小川敬也、梶川裕矢

Takaya Ogawa，Yuya Kajikawa
東京工業大学イノベーションマネジメント研究科
Graduate School of Innovation Management, Tokyo Institute of Technology

Abstract: The potential research area in fuel cell technology was extracted by analyzing article and patent
information. The references in articles and patents were utilized to generate the cluster which includes theresearch in the same subject. The average publication year and the number of articles in each cluster provides
useful information to comprehend emerging research fields. In this paper, we focused on two research areas; oneis research field focused in Japan, and the other is one in other countries. And also, the keyword similarity ofscientific article cluster with patent was calculated to extract potential and non-commercialized research area.

Key Words : Data analysis, Forecast method, Clustering

１．緒言

２．文献の解析方法

近年、高効率エネルギーデバイスとして車載用などに期

論文データの収集には Web of science、特許データの収待される固体高分子形燃料電池（PEFC）に注目が集まっ

集には Thomson Innovation を利用し、“Fuel Cell”のキーており、多くの研究がされている。
しかし現在のように日々ワードで検索される文献のテキスト情報と引用情報を基に膨大な量の論文や特許が出版される中で、これらを一つ一解析を行った。用いた論文数は 44, 225 件、特許数（公開つ把握することは非常に難しい。自由な発想に基づく研究件数）は 38, 675 件である。

が重要である一方、世界の研究開発動向を見落とすことは分析では萌芽研究領域を特定するために、学術論文の引
4）プロジェクト実施上のリスクにもなり得る。近年、技術経用ネットワークを Newman-Girvan 法

営の分野では、大量の論文・特許情報を情報技術によって池の研究領域を関連分野ごとのクラスタに分割した。引用分析することで、萌芽領域の特定究領域を抽出

2）1）により、燃料電や、産業上重要な研ネットワークの作成には、萌芽領域の特定に優れる直接引する方法が開発され、エネルギー技術の用で構成されるネットワークを用いた 。まず一回のクラ研究開発動向の把握に応用されている

1）
〜 3）

。

5）

スタリングで得られたベースクラスタの中で、PEFC 関連

本論文では、燃料電池におけるそれぞれ約 40, 000 件の領域を抽出する。続いて、ベースクラスタに再帰的にクラ論文情報および特許情報を用いて、書誌情報中の出現語なスタリングを繰り返すことでサブクラスタを得た。学術論らびに引用文献を解析することで、現在急速に発展してい文の引用ネットワークをクラスタリングする際には、クラる萌芽・有望領域を抽出した。中でも日本で盛んに研究さスタ内の文献数が数百程度で研究領域がまとまったクラスれている領域、日本で注目されていないが海外で盛んに研タを抽出できることが分かっている 。

6）

究されている領域を特定する。また、論文と特許の相関性

次に各サブクラスタ内の論文が出版された平均年（平均を調べ、今後の事業展開が期待できる領域を推定した。

出版年）を算出した。これにより各論文クラスタの萌芽性を判断した。また著者の所属機関情報に基づき国別論文数（国籍）を算出した。特許に関しても同様に、
引用ネットワー
クを Newman-Girvan 法により分割することで特許クラス

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燃料電池 VOL.13 NO.1 2013

タを得た。

領域であることが分かる。国籍の分布からは、米国で最も次に、学術論文の分析により抽出された各論文クラスタがどれだけ産業化されているか推定するために、論文クラ研究がなされ、次いで中国、日本となっており、比較的日本で研究が多くなされていたことが分かる。

スタと特許クラスタの距離を測定した。距離の測定には、以上に例示した方法を用いて、国籍の情報から日本・海各クラスタに特徴的に出現する語を抽出し、それらの語群外で研究が盛んな研究領域を抽出した。とりわけ平均出版を用いて、論文クラスタと特許クラスタのテキスト類似度年が若く、かつ特許相関性が低い領域に注目した。これはを計算する手法

7）を用いた。本論文では、任意の論文クラ近年研究が盛んであるが、特許化があまりなされていない

スタに対し、各特許クラスタとのテキスト類似度を計算し、ことを示しており、まだ企業の参入の余地があることと同それらの和をとることで特許相関性とした。特許相関性が義であると考えられるからである。これらの仮定を基に、高いほど、同様の語を用いた特許が多く、産業化に近いとPEFC における萌芽・有望領域の抽出を試みた。

判断した。

４．萌芽・有望領域

３．論文・特許の全体像の解析

以下ではクラスタ内トップの論文数を誇る国に対して、

PEFC のクラスタは表１に示すように、触媒と電解質の日本の論文数がその半分以上の割合となった領域を「A. 日分野の２つのベースクラスタに主に分けられた。これらの本が得意な領域」、国別論文数で日本が 5 位以内に入らず、ベースクラスタの文献数と平均出版年、平均特許相関性をかつ平均年がベースクラスタの平均出版年以降の領域を表１に示す。ここで、平均特許相関性とは、触媒系のクラ「B. 日本で注目されていないが最近発展している領域」とスタ、電解質系のクラスタそれぞれのサブクラスタの特許定義する。領域 A は、日本では情報源が多いために共同相関性の平均値である。

研究などで他国の企業に対して優位に立ちやすい。一方、これらのベースクラスタに対し、さらにクラスタリング

領域 B は日本で見過ごされがちであり、検討が必要な領を繰り返してサブクラスタに分割した。こうして分けられ域であると考えられる。PEFC 触媒、PEFC 電解質におけた論文の各サブクラスタ内の文献数、平均出版年、著者のる上記２つの領域を表３～６に記述する。

国籍、特許相関性を計算した。例として、触媒をサブクラ

表３からは、触媒分野の領域 A は DMFC の触媒であるスタに分けた領域「二元系 DMFC 触媒 Pt +（Sn, WO 3 ,ことがわかる。しかし、表１の平均値を鑑みた場合、どれRu）」における結果を表２に示す。なお、国籍は、そのクも平均出版年は古く、現在隆盛している分野であるとは言ラスタでの論文数上位５カ国に対し、その文献数を示してい難い。唯一平均出版年が若くかつ特許相関性が低い領域いる。

が「白金触媒溶解抑制」の分野で、溶解の過程の分析や合この領域は表１に示す PEFC 触媒の平均出版年に比べ金にして耐久性向上を試みる研究が多くなされている。て平均出版年が古いことが分かる。また特許相関性が平均

表４より、電解質分野の領域 A は多岐に渡っており、値よりやや低いことからも、産業化があまり進まなかった新たな電解質膜単体の研究、有機無機複合膜、水管理などのシステム全体の研究が多くなされていることが分かる。
これらは触媒に比べて、特許相関性が平均値よりも低いも

表１ 論文のベースクラスタ（PEFC）
Table 1 Base clusters（PEFC）

総文献数

平均出版年のが多い。中でも注目すべきはマルチブロック系電解質膜

平均特許相関性で、出版平均年が若くかつ特許相関性も低い。これは萌芽触媒

14 , 446

2007 . 3

1 . 7963

的研究領域であるものの特許化がまだ十分になされていな

電解質

10 , 778

2007 . 7

1 . 3731

いことを意味する。従って、他国の企業に対して優位に立つにはこの研究を行うことは価値があると考えられる。固表2 論文クラスタ（一部抜粋）（PEFC触媒）
Table 2 A typical cluster（PEFC Catalyst）

体酸電解質も同様に特許相関性が低いが、平均出版年がそ研究領域

件数

平均
出版年

特許
相関性

二元系DMFC触媒
Pt +（Sn, WO 3 , Ru）

451

2003 . 2

1 . 5379

れほど若くないことから、研究がなされたものの、うまく実用化へ繋がらなかった分野であると考えられる。
表５から、触媒分野の領域 B は、エタノール直接型燃料電池触媒、AuPt 合金触媒と、ギ酸直接型燃料電池触媒

国籍

米国

中国

日本

ブラジル

ドイツ

であると考えられる。どれも平均年が若く、AuPt 合金触

論文数

146

9380

4039

媒を除いて特許相関性が低い。このグループ内で比較する

燃料電池 VOL.13 NO.1 2013

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投稿論文

Note

Table 3

表3 日本が得意な領域A（触媒）
Research area A: Focused area in Japan

研究領域
二元系DMFC触媒 Pt +（Sn, WO 3 , Ru）
DMFC触媒 CO耐性
DMFC触媒 水素雰囲気下でのCO酸化DMFC触媒 硫黄被毒
DMFC触媒 金触媒
二元系DMFC触媒 Pt +（Cu, Mo）
二元系DMFC触媒 触媒金属のスクリーニング
Ni系DMFC触媒（非白金）
二・三元系DMFC触媒 Pt +（Ni, Ru, CeO 2）
アルコール系直接型燃料電池触媒
白金触媒溶解抑制

Table 4

文献数45142732271
54
125
100
998568197

平均出版年
2003 . 2
2005 . 3
2006 . 8
2007 . 1
2006 . 3
2006 . 5
2007 . 4
2007 . 5
2007 . 7
2007 . 3
2008 . 3

特許相関性
1 . 5379
2 . 6512
1 . 7465
1 . 2199
2 . 0805
2 . 0854
1 . 2571
2 . 1133
1 . 4904
1 . 3313
0 . 981

表4 日本が得意な領域A（電解質）
Research area A: Focused area in Japan（Electrolyte）

研究領域
有機無機複合膜（イミダゾール）無加湿
固体酸電解質（中温形燃料電池）
ヘテロポリ酸電解質
有機無機複合膜（ゼオライト） 高温PEFC用
イオン液体電解質 Brønsted acid-base ionic
マルチブロック系電解質膜
Sulfonated poly（ether ether ketone）系電解質膜
Polyimides系電解質膜
Poly（vinyl alcohol）系電解質膜
細孔フィリング膜DMFC用（SiO 2基材）
Nafionのための湿度管理システム
中性子を利用したガス流動の可視化
Vinylbenzyl電解質膜
H 2 O 2による劣化耐性

文献数247194
16244146
195
1433089055
10734181157

平均出版年
2005 . 62007 . 92007 . 12007 . 32008 . 52009 . 62008 . 32007 . 82007 . 72008 . 82007 . 52008 . 82008 . 22008 . 4

特許相関性
1 . 17510 . 5568
1 . 0939
1 . 0425
1 . 0029
0 . 7666
0 . 9199
0 . 9901
1 . 0461
0 . 9825
1 . 6262
1 . 558
0 . 9435
1 . 2754

表5 日本で注目されていないが海外で発展している領域B（触媒）
Table 5 Research area B: Emerging area overseas（Catalyst）

研究領域
エタノール直接型燃料電池用触媒 白金合金
エタノール直接型燃料電池用触媒 パラジウム合金
PEFC触媒 AuPt合金
ギ酸直接型燃料電池触媒 パラジウム合金触媒
ギ酸直接型燃料電池触媒 スタック・実地試験
ギ酸直接型燃料電池触媒 Pt +（Pd,Bi）

文献数352343
100
144
101
93

平均出版年
2008 . 62009 . 42009 . 32009 . 72009 . 22008 . 4

特許相関性
1 . 2738
1 . 4613
2 . 4360
0 . 9175
0 . 9424
0 . 9679と、エタノール直接型燃料電池はすでに特許出願され始め

表６の電解質の領域 B は、領域 A 同様、多岐に渡ってて来ているが、ギ酸直接型燃料電池についてはやや特許相おり、有機無機複合膜の様々な組み合わせや、モデル計算、関性が低いことが分かる。エタノール直接型燃料電池は、共同稼働といったシステム全体の研究などが挙げられる。

特許相関性が平均値より低いことを考慮すると、比較的参この中で、特に特許相関性が低い領域は、Disulfonated入余地はあると考えられる。一方、ギ酸燃料電池は安全性poly（arylene ether sulfone）電解質膜、有機複合電解質などに問題があるので商業化（特許化）があまり視野に入っ膜（SPEEK）、PEFC 運転における作動モデル計算（電圧ていないとも考えられるものの、参入可能性は高いといえ計算）、PEFC 自動車利用のための燃料貯蓄方法である。

る。

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表6 日本で注目されていないが海外で発展している領域B（電解質）
Table 6 Research area B: Emerging area overseas（Electrolyte）

文献数

平均出版年

特許相関性

有機無機複合膜（Nafion＋SiO 2） 高温PEFC

研究領域

155

2009 . 1

1 . 2193

Benzimidazole複合膜

1462009 . 0

1 . 0125

Sulfonated polybenzimidazoles複合膜

低加湿

101

2008 . 2

1 . 4832

Disulfonated poly（arylene ether sulfone）電解質膜

1222008 . 7

0 . 9650

Sulfonated poly（arylene thioether phosphine oxide）
s 電解質膜822009 . 0

1 . 0344

有機無機複合膜（モンモリロン石）

73

2008 . 5

1 . 0486

有機無機複合膜（キトサン）

81

2008 . 0

1 . 1673

有機（酸系）＋有機（アルカリ系）ポリマー複合膜

652008 . 5

1 . 2562Poly（vinylidene fluoride）、Polystyrene sulfone電解質膜

582008 . 01 . 4133

有機複合電解質膜（SPEEK）

154

2008 . 00 . 9199

セル内水移動シミュレーション

1252008 . 21 . 7238

電解質膜耐久性

1532008 . 81 . 8994

界面抵抗の低減（触媒層）

133

2008 . 8

1 . 1881

PEFC運転における作動モデル計算（電圧計算）

1142008 . 60 . 8979

PEFC自動車利用のための燃料貯蓄方法

1232009 . 20 . 7891

PEFCとウルトラキャパシタ共同稼働

100

2008 . 6

1 . 8686

PEFCとウルトラキャパシタ共同稼働（自動車利用）

78

2008 . 4

1 . 4303

PEFC自動車のライフサイクル

163

2007 . 92 . 1207

Sulfonated poly（ether ether ketone）s 電解質膜

1252007 . 80 . 8982

コージェネレーションシステムのデモンストレーション

132

2007 . 82 . 7032

DC-DCコンバーター

251

2008 . 91 . 9492

５．結論

the commercialization gap between science andtechnology - Case study of a solar cell -, Technol.

本論文では論文及び特許情報を用い、引用ネットワーク

Forecast. Soc. Change, 77, 1147-1155（2010）.

分析により萌芽的な研究領域を抽出した。また、論文と特３）R.N. Kostoff, R. Tshiteya, K.M. Pfeil, J.A. Humenik,

許の距離を測定することで、各研究領域の産業応用上の重G. Karypis: Power source roadmaps using

要性を議論した。

bibliometrics and database tomography, Energy,

今回の分析では、定量的な解析手法により測定した数値

30, 709-730（2005）.

データに基づいて議論を行っている。結果は数値データの４）M.E.J. Newman, M. Girvan: Finding and evaluating

解釈に強く依存するため、今回抽出された研究領域全てがcommunity structure in networks, Phys. Rev. E,有望・萌芽領域であるとは限らず、注意が必要である。し026113（2004）.

かし今回の結果を専門家の知識や判断と合わせ用いて検討

５）N. Shibata, Y. Kajikawa, Y. Takeda, K. Matsushima:

することで、今後の我が国や企業での研究開発の方向性をComparative study on methods of detecting

検討する余地はあると考えられる。今後も解析手法を研鑽

research fronts using different types of citation, J.

し、より正確な情報を報告していく。

Am. Soc. Info. Sci. technol., 60, 571-580（2009）.
６）Y. Takeda, Y. Kajikawa: Tracking modularity
in citation networks, Scientometrics, 83, 783-792

参考文献（2010）.

１）Y. Kajikawa, J. Yoshikawa, Y. Takeda, K. Matsushima:７）N. Shibata, Y. Kajikawa, I. Sakata: Detecting

Tracking emerging technologies in energy research:

potential technological fronts by comparing

toward a roadmap for sustainable energy, Technol.

scientific papers and patents, Foresight, 13, 51-60

Forecast. Soc. Change 75, 771-782（2008）.

（2011）.

２）N. Shibata, Y. Kajikawa I. Sakata: Extracting

燃料電池 VOL.13 NO.1 201375