膜電極，一個把握氫燃料電池性能、壽命、成本的核心部件，正開啟行業(yè)爆發(fā)期。

燃料電池的“心臟”歷經三代革新CCM為主流

膜電極（MEA）被稱為氫燃料電池的“心臟”，是多項物質傳輸和電化學反應的核心場所。

從結構上看，燃料電池系統(tǒng)主要包括電堆、氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。其中，燃料電池電堆是燃料電池系統(tǒng)的核心部件，由雙極板與膜電極交替疊合后以單電池串聯(lián)方式層疊組合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿拴牢，構成的復合組件，其研發(fā)和生產具備較高的技術壁壘。

而膜電極，則主要由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層三部分組成，在相應溫度和壓力下，熱壓成為三合一組件，其承擔了燃料電池全部電化學反應，以及電子、質子、氣體和水的傳導，決定了電堆性能、壽命和成本的上限，高性能、低鉑載量、低成本、長壽命的膜電極對于加速氫燃料電池商業(yè)化進程具有非常重要的意義。

據(jù)悉，膜電極技術共經歷了三代革新，大體上可分為GDE熱壓法、CCM法和有序化膜電極三種類型：

第一代熱壓法膜電極（GDE），指將催化劑涂布在氣體擴散層上，后用熱壓法將氣體擴散電極和質子交換膜結合在一起，該方法總體性能不高，目前已基本淘汰；

第二代CCM膜電極，指采用卷對卷直接涂布、絲網印刷、噴涂等方法直接將催化劑、磺酸樹脂和適當分散劑組成的漿料涂布到質子交換膜兩側，該方法提高了催化劑的利用率（小于0.4mg/cm2）與耐久性，目前商業(yè)化程度最高，已大批量生產；

第三代有序化膜電極，指把Pt催化劑制備到有序化的納米結構上，使電極呈有序化結構，獲得堅固、完整的催化層，該方法進一步提高了燃料電池性能，降低催化劑鉑載量（≈0.1mg/cm2），是目前膜電極制造研究的熱點，但仍處于研發(fā)試驗階段，只有小部分公司實現(xiàn)量產，如3M。

政策助推燃料電池車起量  膜電極迎行業(yè)爆發(fā)期

作為上游核心部件的膜電極，其發(fā)展主要得益于下游燃料電池車行業(yè)的戰(zhàn)略推進。

為應對全球氣候變化，在2019年聯(lián)合國氣候峰會上，66個國家宣布了到2050年實現(xiàn)凈零碳排放目標，氫能逐漸成為全球能源向綠色低碳轉型的關鍵驅動力之一。

至此，以燃料電池為主要應用的氫能產業(yè)鏈已初步實現(xiàn)商業(yè)化，美國、日本、韓國、德國等陸續(xù)發(fā)布氫能及燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略及規(guī)劃，預計在未來5年氫能將迎來產業(yè)爆發(fā)，交通+發(fā)電領域成為燃料電池應用的關鍵領域。

而在國內，氫能也已經納入國家能源戰(zhàn)略。2022年以來，圍繞擴大氫能在推動能源消費方式綠色低碳變革方面的重要作用，國家相關部門密集出臺了支持燃料電池及其上下游產業(yè)鏈發(fā)展的政策及規(guī)劃，將氫能產業(yè)納入戰(zhàn)略性新興產業(yè)和重點發(fā)展方向。

其中，國家發(fā)改委在3月份發(fā)布的《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035）》，將氫能戰(zhàn)略定位為用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉型的重要載體。

燃料電池技術在車用端應用較為成熟，汽車產業(yè)的規(guī)模效應能夠有效實現(xiàn)燃料電池的快速降本，因此，車輛成為燃料電池產業(yè)開局的重要突破口，在下游應用中走在最前端，中長期以氫燃料重卡為重點和主體，逐步建立燃料電池電動汽車與鋰電池純電動汽車的互補發(fā)展模式。

為推動燃料電池行業(yè)有序發(fā)展，國家還發(fā)布政策采取“以獎代補”方式，對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關鍵核心技術產業(yè)化攻關和示范應用給予獎勵。

從2021年8月份開始，國家啟動了京津冀、上海、廣東和河南、河北“3+2”城市群燃料電池汽車示范推廣，以及山東省“氫進萬家”科技示范，同年11月，四川省和重慶市啟動成渝氫能走廊。

根據(jù)目前披露的數(shù)據(jù)，五大城市群、山東省、成渝地區(qū)將推廣燃料電池車44305輛。

截至2022年7月，我國共推廣燃料電池車10574輛；到2025年，五大城市群、山東省、成渝地區(qū)推廣數(shù)量疊加2021年底保有量，燃料電池車數(shù)量至少為53246輛。

在政策的助推下，燃料電池車快速起量，必將帶來燃料電池的需求增加和產量擴張，進而對上游相關部件催生巨大的需求，作為核心部件的膜電極，正迎來行業(yè)爆發(fā)期。

2021-2025年是發(fā)展關鍵期  企業(yè)產線落成擴張加速

目前，中國燃料電池車行業(yè)發(fā)展已居全球前列。

據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，韓、日、中、美、德為全球燃料電池車主要推廣國家，2021年，全球主要國家共銷售氫燃料電池車16313臺，同比增長68％。

截至2021年12月31日，全球主要國家氫燃料電池車保有量為49562臺，同比增長49％。其中，中國保有量8938臺，占比18％，僅次于韓國和美國，位居全球第三，系統(tǒng)累計裝機量超過520MW。

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》規(guī)劃，2025年我國燃料電池車保有量將達到10萬輛FCV，按照2021-2025年年均復合增速，浙商證券預計2025年燃料電池系統(tǒng)銷量約為45322輛，2021-2025CAGR約為131.21％。

“2021-2025年是產業(yè)規(guī)模快速發(fā)展的關鍵時期。”浙商證券在研報中表示，并認為國內燃料電池車在2022年有望開啟行業(yè)爆發(fā)期。

根據(jù)2016-2021年燃料電池平均裝機功率的提升趨勢，浙商證券預計2025年燃料電池系統(tǒng)平均功率將達到161kW，在單車裝機功率及燃料電池車銷量提升的推動下，預計2025年燃料電池系統(tǒng)年銷售功率約7312MW，2021-2025CAGR約為162.57％；

根據(jù)保有量及單車裝機功率，2025年車用燃料電池系統(tǒng)累計裝機規(guī)模將達到14401MW，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》對保有量的規(guī)劃以及DOE對規(guī)模化燃料電池系統(tǒng)降本通道的預測，預計2025年燃料電池系統(tǒng)價格將降至2384元/kW，對應2025年車用燃料電池系統(tǒng)規(guī)模將達到343億元，2021-2025CAGR接近90％。

面對燃料電池發(fā)展規(guī)模的高速增長，國內膜電極企業(yè)已加速擴產。

2019年以來，鴻基創(chuàng)能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力等多家企業(yè)的國產生產線先后落成，我國的膜電極領域逐步開啟批量化生產步伐。

到2021年，國內膜電極企業(yè)擴張步伐明顯加速，尤其頭部企業(yè)鴻基創(chuàng)能完成了百萬片下線里程碑。

當前，我國企業(yè)膜電極主要參數(shù)已經與國際先進水平接近，部分參數(shù)可以超過國外先進水平。國內領先膜電極企業(yè)鴻基創(chuàng)能、武漢理工新能源、擎動科技膜電極產品功率密度均超過1W/cm2。

發(fā)展重點：降本，實現(xiàn)核心材料國產替代化

加速擴產的同時，降本，成為膜電極行業(yè)發(fā)展的重點。

自2019年以來，燃料電池系統(tǒng)的國產化進程步入快車道，現(xiàn)階段，我國在膜電極制備、雙極板、電堆組裝、輔助系統(tǒng)等領域已實現(xiàn)100％自主化，是近兩年燃料電池系統(tǒng)降本的關鍵推動力。

不過，我國主要的膜電極供應商頭部企業(yè)雖然已經實現(xiàn)膜電極自主制備，但催化劑、PEM和氣體擴散層等核心材料主要依賴進口，僅國電投氫能公司實現(xiàn)了膜電極核心材料級別的完全自主化。

根據(jù)DOE的測算，在大規(guī)模生產（50萬臺/年）的情況下，膜電極占燃料電池電堆成本的60％左右，而電堆成本在燃料電池系統(tǒng)中的占比超過60％，燃料電池系統(tǒng)在氫能車購置成本中占比同樣超過60％。

也就是說，膜電極的降本是未來電堆及系統(tǒng)降本的核心，而膜電極的降本則取決于核心材料的國產化。

據(jù)業(yè)內人士表示，預計2022年-2023年開始我國將逐步啟動從催化劑、PEM到氣體擴散層的國產化滲透，打破膜電極核心材料高度進口依賴導致的電堆高成本現(xiàn)狀。

具體而言，膜電極核心材料國產化突破及降本，主要體現(xiàn)在催化劑、質子交換膜、氣體擴散層三部分：催化劑方面，優(yōu)化鉑基催化劑結構，降低鉑載量減少貴金屬使用成本，并尋找新型非鉑催化劑；質子交換膜方面，加強磺酸樹脂材料的自主研發(fā)，開發(fā)低成本成膜量產制備工藝；氣體擴散層方面，打通從高性能碳纖維到碳紙的制備工藝，開發(fā)標準化低成本的擴散層工藝平臺。

企業(yè)“畫像”

目前，主流膜電極的廠商分為兩類，一類是具備膜電極批量產業(yè)化能力，能自給自足的車企或燃料電池廠商，以豐田、現(xiàn)代、巴拉德為代表；另外一類是專業(yè)的膜電極供應商，包括戈爾、杜邦和國內的鴻基創(chuàng)能、武漢理工氫電、新源動力、上海唐鋒能源、蘇州擎動科技等企業(yè)。

鴻基創(chuàng)能致力于質子交換膜氫燃料電池用高性能膜電極的大規(guī)模產業(yè)化，其開發(fā)了CCM陰陽極雙面直接涂布技術、膜電極一體化成型技術、膜電極自動化快速封裝技術，為膜電極大規(guī)模產業(yè)化奠定堅實基礎。

目前，鴻基創(chuàng)能的膜電極產品功率密度達到1.4W/cm2，測試使用壽命超過1~2萬小時，已基本滿足產業(yè)化應用需求。

武漢理工氫電由深圳市雄韜股份與武漢理工大學共同發(fā)起成立，接力一脈相承的武漢理工新能源公司，專注于膜電極的產業(yè)化與研發(fā)，目前已完成6000平米潔凈廠房裝修，并建成了自動化程度更高的膜電極生產線，膜電極產能達到2萬平米/年，最終設計產能將達到10萬平米/年。

新源動力擁有自主知識產權的質子交換膜燃料電池技術，部分關鍵技術達到國際一流水平。其研發(fā)的HYMEA膜電極產品，活性面積25-400cm2，功率密度≥1.0W/cm2，耐久性5000-10000h。

針對商用車及乘用車使用場景，新源動力研發(fā)的第二代和第三代車用質子交換膜燃料電池膜電極，已投入市場使用。目前，第四代低鉑高性能高耐久性膜電極正在進行開發(fā)和驗證。

低鉑膜電極供應商上海唐鋒能源擁有燃料電池膜電極設計、材料、工藝、設備、測試評估等全套核心技術，開發(fā)并建成了國內用于量產燃料電池汽車電堆的首條低鉑合金膜電極生產線。

蘇州擎動科技已通過國內外多家知名燃料電池廠家及研究院的測試，且和國內外多家燃料電池電堆廠家簽署合作協(xié)議，長期為其提供膜電極產品。

2019年2月，擎動科技自主研發(fā)的國內首套“卷對卷直接涂布法”膜電極生產線正式投產，可實現(xiàn)年產膜電極100萬片。

阜陽攀業(yè)正在建設全國首臺涂布幅寬570mm膜電極陽極涂布生產線，建成后年產能達6萬平米，二期擴產后產能也將達到36萬平米/年；正在建設中的國內首臺高精度自動雙點膠五合一生產線，設計產能達13萬片/年。

今年10月，長城旗下未勢能源實現(xiàn)了完全自研全新高性能膜電極規(guī)模化量產。據(jù)悉，長城創(chuàng)新“梯度技術”，形成了特有的商業(yè)化膜電極技術序列。依托此項創(chuàng)新性技術，長城陸續(xù)攻克了高功率密度、可靠封裝和循環(huán)壽命等關鍵技術瓶頸。

未勢能源自主設計全自動“卷對卷”膜電極生產線，產線全面達產后，可年產膜電極百萬片以上，預計年產值超3億元以上。