1、 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Main 证券研究报告 | 行业专题 新能源发电 2022 年 05 月 26 日 公用公用事业事业 优于大市优于大市（维持维持） 证券分析师证券分析师 倪正洋倪正洋 资格编号：S03 邮箱： 联系人联系人 郭雪郭雪 邮箱： 市场表现市场表现 相关研究相关研究 氢能系列报告 （一） ：氢能系列报告 （一） ：氢燃料电池氢燃料电池-“氢”“氢”风杨柳万千条，风杨柳万千条，百百亿亿市场市场尽舜尧尽舜尧 Table_Summary 投资要点：投资要点： 氢能是能源转型的不二选择氢能是能源转型的不二选择。当前，全球各国面临资源

2、枯竭，环境污染，但传统燃料使用量仍居高不下的严重问题。 在这种背景下， 各国纷纷寻找传统化石燃料的替代方案。氢能作为新型清洁能源，其使用过程无污染，热值高达 140MJ/kg，远高于煤炭与石油， 还克服了传统清洁能源存在的随机性大、 波动性强等严重缺点成为解决能源与环境问题的不二选择。另外，氢能可以储存废弃能源、能够推动化石燃料向绿色清洁能源转换，可以说氢能是未来能源革命的颠覆性方向。 氢燃料电池逐步迈向商业化推广氢燃料电池逐步迈向商业化推广，2030 年或达百亿市场年或达百亿市场。整个氢燃料电池发展可以分为 2000 年之前以概念车形式推出氢燃料电池汽车、2000-2010 年的燃料电池汽车

3、示范运行验证、 技术攻关研究阶段、 2010-2015 年的燃料电池汽车性能提升阶段以及 2015 年之后燃料电池汽车进入商业化推广阶段。氢燃料电池电堆是燃料电池的核心；燃料电池电堆包括催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件如集流板、密封件、端板等各种部件。据沙利文数据，2021 年电堆成本约占燃料电池系统成本 65%，所以降低电堆成本是燃料电池汽车商业化的关键。2021 年我国燃料电池电堆新增市场规模约为 6.2 亿元，预计 2021-2025 年燃料电池电堆新增市场需求的 CAGR 为 87%，预计到 2025 年和 2030 年，燃料电池电堆新增市场分别为 75、238

4、亿元。 本土本土企业发力追赶，企业发力追赶，氢燃料电池市场潜力无限。氢燃料电池市场潜力无限。目前，氢燃料电池系统中，膜电极、质子交换膜、双极板与催化剂等重要组件均取得了较大技术进步。质子交换膜燃料电池是目前燃料电池发展主流， 金属双极板是双极板领域研究热点， 降低催化剂中的铂用量是催化剂领域面临的主要问题。 国内厂商在膜电极制备产能上取得较大进展，技术上已部分达到先进水平；在质子交换膜方面，虽未突破技术壁垒，但已取得较大进步。在双极板方面已具备较大产能。在燃料电池辅助组件方面，我国生产商已具备一定产能， 主要集中在几个头部企业。 例如在燃料电池电堆领域的捷氢科技的 PROME-M4H 以及新源

5、动力 HYMOD-150 等； 在燃料电池系统方面上海重塑的镜星十二系统等。 未来随着燃料电池相关技术不断突破， 我国燃料电池市场潜能巨大。 投资建议：投资建议： 由于全球性能源紧缺问题日趋突出以及环境保护和可持续发展的迫切要求，氢能因其突出的优越性得到了蓬勃的发展。国家加大对氢能领域的关注力度，不断出台政策加强对氢能产业的扶持也将成为推动氢燃料电池产业发展的强大推动力。建议关注：冷链压缩机龙头，积极布局 CCUS 及氢能产业带来业绩增长新动能的【冰轮环境】 ；氢燃料电池电堆龙头【亿华通】 ；通过战略投资巴拉德布局氢燃料电池行业的【潍柴动力】 ；膜电极催化剂铂基氢燃料电池(FCEV)技术获得重

6、大突破的【贵研铂业】 。 风险提示：风险提示：政策推进不及预期、成本下降不及预期、氢燃料电池车销量不及预期、技术创新不及预期。 -31%-24%-18%-12%-6%0%6%-092022-01沪深300 行业专题 新能源发电 2 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 内容目录内容目录 1. 氢能是能源转型的不二选择 . 5 1.1. 能源紧缺背景下，氢能源蕴藏巨大发展潜力 . 5 1.2.发展氢能成为各国共识，我国氢能顶层设计落地 . 6 2. 氢燃料电池逐步发展，电堆降本是商业化关键 . 9 2.1. 氢燃料电池逐步迈向商业化推广，具有独特优越性 . 9

7、2.2燃料电池之“心”氢燃料电池电堆 . 11 2.2.1膜电极是燃料电池电堆核心 . 12 2.2.2质子交换膜构成电堆重要组成部分 . 15 2.2.3催化剂与双极板为重要辅助部件 . 17 2.3.其他燃料电池辅助组件 . 21 3. 氢燃料电池受到重视，碳中和背景下前景可期 . 23 3.1. 氢燃料电池出货量逐年增加，本土企业发力追赶 . 23 3.2. 规模化发展带来成本降低，增强产业的竞争力 . 26 4. 投资建议 . 28 5. 风险提示 . 28 nMsNrQmPzRmRpNnOxOsQrQ9PbP7NsQmMoMmOiNmMmRjMnPtM7NpOpPvPmNuMvPoP

8、pM 行业专题 新能源发电 3 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图表目录图表目录 图 1：化石燃料占全部能源消耗比例（%） . 5 图 2：全球二氧化碳排放量 . 5 图 3：2020 年石油能源 CO2排放量占全部能源 CO2排放量比例 . 6 图 4：氢气优势 . 6 图 5：天然气优势 . 6 图 6：氢燃料电池发展史 . 9 图 7：氢燃料电池工作原理 . 10 图 8：燃料电池功率与耗氢量关系 . 10 图 9：燃料电池电压-面电流曲线 . 10 图 10：燃料电池系统构成 . 11 图 11：2018-2021 年我国燃料电池电堆出货量及增速情况 . 12 图 1

9、2：我国氢燃料电池电堆年新增市场需求 . 12 图 13：国产膜电极生产成本情况及预测 . 14 图 14：我国燃料电池膜电极出货情况 . 14 图 15：我国氢燃料电池膜电极新增市场需求 . 15 图 16：质子交换膜国产化进展 . 17 图 17：我国氢燃料电池催化剂出货占比 . 19 图 18：我国氢燃料电池催化剂市场占比 . 19 图 19：2015-2021 年中国贵金属催化剂进口情况 . 19 图 20：2021 年中国贵金属催化剂进口分布（按金额） . 19 图 21：2021 年中国贵金属催化剂进口分布（按数量） . 19 图 22：我国燃料电池双极板出货组成 . 21 图 2

10、3：2021 年我国氢循环部件销售市场分布 . 22 图 24：2021 年氢循环部件产品类型分布. 22 图 25：2019-2021 年氢循环部件市场集中度 . 22 图 26：2018-2019 年我国空压机出货量 . 23 图 27：2018-2019 年我国空压机市场规模 . 23 图 28：2012-2020 年全球燃料电池出货量（MW） . 24 图 29：2012-2020 年全球燃料电池市场规模（亿美元） . 24 图 30：2020 年全球燃料电池出货量占比. 24 图 31：国内燃料电池出货主体情况 . 24 行业专题 新能源发电 4 / 29 请务必阅读正文之后的信息披

11、露和法律声明 图 32：2021 年燃料电池成本构成 . 26 图 33：近五年铂价走势（元/g） . 26 图 34：年产 1000 套系统时燃料电池电堆成本构成 . 27 图 35：年产 100000 套系统时燃料电池电堆成本构成 . 27 图 36：单套金属双极板成本随生产规模变化情况 . 27 图 37：氢燃料电池系统变化趋势（随年份，以商用车为例） . 28 表 1：部分国家氢能产业规划 . 7 表 2：氢能产业相关政策 . 7 表 3：我国部分省及直辖市氢能专项政策汇总 . 8 表 4：几种主要燃料电池特点 . 12 表 5：国内部分膜电极企业生产情况 . 13 表 6：国内外膜电

12、极产品主要参数情况 . 13 表 7：不同类型质子交换膜对比 . 15 表 8：质子交换膜生产工艺情况 . 16 表 9：国内外膜电极产品情况 . 16 表 10：国内外催化剂生产企业情况 . 18 表 11：电堆双极板分类及供应商情况 . 20 表 12：国内主要双极板公司生产情况 . 20 表 13：不同氢循环方案对比 . 21 表 14：不同类型空压机对比 . 22 表 15：国产燃料电池电堆产品及参数 . 25 表 16：氢燃料电池电堆发展 . 25 表 17：国内主要燃料电池系统产品情况 . 25 行业专题 新能源发电 5 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 1. 氢能

13、是能源转型氢能是能源转型的的不二选择不二选择 1.1. 能源能源紧缺背景下，氢能源蕴藏巨大发展潜力紧缺背景下，氢能源蕴藏巨大发展潜力 当前，全球各国面临资源枯竭，环境污染，但传统燃料使用量仍居高不下的严重问题。据统计，2009 年所有的能源消耗中石油、天然气、煤的比例分别占到35%、22%、30%；而到了 2020 年，尽管各国已经加大了推进环保措施的力度，这三种主要化石能源占总能源消耗的比例仍占 31%、25%、27%。 图图 1 1：化石燃料占全部能源消耗比例（：化石燃料占全部能源消耗比例（%） 资料来源：BP，德邦研究所 自工业革命以来，人类活动已经显著造成了全球温度的不正常上升，截至2

14、017 年，人类活动已经使全球温度较工业革命之前水平上升了 1左右。如果不采取切实可行的措施，使得全球变暖按当今速度持续，到 2040 年人为引起的全球变暖将达到 1.5。在这种背景下，各国纷纷寻找传统化石燃料的替代方案。而氢能作为清洁能源，具备热值高、无污染、蕴藏丰富等多种优点，成为解决能源与环境问题的不二选择。 图图 2：全球二氧化碳排放量：全球二氧化碳排放量 资料来源：yearbook，德邦研究所 行业专题 新能源发电 6 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 3：2020 年年石油能源石油能源 CO2排放量占全部能源排放量占全部能源 CO2排放量比例排放量比例 资料来

15、源：yearbook，德邦研究所 氢能是一种蕴藏丰富、用途广泛、清洁方便的能源载体，人类一直在研究将氢气作为燃料源的可能性，虽然目前开发有限，但随着技术突破以及能源成本的不断下降，为氢能的大规模应用带来了可能性。氢气在电力、工业和化工制造中可替代天然气，在长途运输中可替代石油。随着俄乌的战争的拖延，以及欧洲和亚洲的天然气价格达到创纪录的高位，氢气的吸引力也越来越大。 图图 4：氢气优势：氢气优势 图图 5：天然气优势：天然气优势 资料来源：思略特氢能源行业前景分析与洞察 ，德邦研究所 资料来源：思略特氢能源行业前景分析与洞察 ，德邦研究所 1.2.发展氢能成为各国共识发展氢能成为各国共识，我国

16、氢能顶层设计落地，我国氢能顶层设计落地 目前，各国均将目光转向清洁能源领域。但传统的可再生能源如水能、风能以及光能等均存在随机性大、波动性强等缺点，这导致了弃水、弃风，弃光现象。而氢能具有清洁无污染、 可以储存可再生能源、 能够推动化石燃料向绿色清洁能源转换等诸多优点。另外，氢的能量密度高达 140MJ/kg，是煤炭的 4.5 倍，石油的 3倍， 可以说氢能是未来能源革命的颠覆性方向。 由于氢能在多个方面具有无与伦比的优越性，各个主要国家均开始了对氢能的大幅投入。 行业专题 新能源发电 7 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 表表 1：部分国家氢能产业规划：部分国家氢能产业规划

17、国家国家 主要主要举措举措 目标目标 美国 截至 2025 年，拟投资 1 亿美元进行关键技术研究 计划突破大规模、长寿命、高效率、低成本的电解槽技术，以及加速重型车辆（包括长途卡车）燃料电池系统的开发，以实现其与传统燃油发动机相当的经济性 法国 出资一亿欧元进行氢能在工业、交通等领域建设 到 2028 年，电解制氢成本降低至 23 欧元/公斤，加氢站规模建设增加至 400-1000 座，轻型商用车 25 万辆，重型车辆 800-2000 辆，工业用氢中无碳氢占 2040%。在 2035 年实现飞机的碳中和，并在未来三年投入 15 亿欧元用于研发。 德国 通过了国家氢能源战略，并在现有基础上投

18、入 70 亿欧元用于氢能源市场推广、 20 亿欧元用于国际合作。 到 2025 年，氢燃料电池汽车规模扩大，加氢站达到 400 座 日本 发布基本氢能战略以及氢能进度利用表 到 2030 年，建成加氢站 900 座，燃料电池汽车 80 万辆，燃料电池公共汽车1200 辆，燃料电池叉车 1000 辆；到 2050 年，氢燃料电池汽车取代传统汽油燃料车，加氢站取代加气站，氢能发电取代天然气发电，引入大型燃料电池汽车。 韩国 发布首个氢经济发展基本规划 到 2050 年韩国氢能将占最终能源消耗的 33%，发电量的 23.8%，成为超过石油的最大能源，将在全国建立 2000 多处加氢站。 澳大利亚 发

19、布国家氢能战略 政府已投资超过 13 亿澳元以加快国内氢产业的增长。如果所有正在开发的项目都成功部署，到 2030 年，澳大利亚的电解氢产能将达到近 20 吉瓦，其中大部分将以氢气和氨的形式出口。 新西兰 宣布塔拉纳基氢气路线图 建议每年出口约 30 万吨氢气，约占产量的 40%。 资料来源：中国氢能产业报告 2020， 中国石化杂质2022 年第 5 期，德邦研究所 自十三五计划以来，我国对氢能领域的重视程度显著提升。2020 年 9 月，财政部发布关于开展燃料电池汽车示范应用的通知 ，文件提出根据示范城市在燃料电池汽车推广应用、 氢能供应等方面的实际情况给予奖励。 2022 年 3 月 2

20、3 日，国家发改委、 国家能源局联合印发了 氢能产业发展中长期规划 2021-2035 年 ，明确了氢的能源属性、产业规划、产业发展要求、发展目标、具体措施和实施的保障措施。 规划明确提出，到 2025 年，燃料电池车辆保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站；可再生能源制氢量达到 10-20 万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年。这次规划落地表明国家对氢能战略地位的肯定，行业有望在政策加持下迎来快速发展。根据氢能观察不完全统计，目前已有北京、江苏、广东、上海等 29 个省市出台了氢能专项政策。 表表 2：氢能产业相关政策：氢能产业相关政策 颁布时

21、间颁布时间 相关政策相关政策 相关内容相关内容 2022 年 3 月 氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年） 到 2025 年，燃料电池车辆保有量约 5 万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到 10-20 万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排 100-200 万吨/年；到 2030 年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，产业布局合理有序，可再生能源制氢广泛应用，有力支撑碳达峰目标实现。 2021 年 12 月 “十四五”工业绿色发展规划 指出加快氢能技术创新和基础设施建设，推动氢能多元利用 2021 年 11 月 综合运输服务“

22、十四五”发展规划 加快加氢等基础设施布局和建设 2021 年 11 月 十四五全国清洁生产推行方案 在石油化工行业，实行绿氢炼化等降碳工程，推动氢能产业的技术进步和产业发展 2021 年 11 月 关于深入打好污染防治攻坚战的意见 明确提到推动氢燃料电池汽车示范应用，有序推广清洁能源汽车 2021 年 11 月 关于加强产融合作推动工业绿色发展的指导意见 引导企业加大可再生能源使用、推动电能、氧能、生物质能替代化石燃料；加快充电桩、换电站、加氢站等基础设施建设运营 2020 年 10 月 新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年） 有序推进氢燃料供给体系建设，攻克氢能储运、加 行业专题

23、新能源发电 8 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支撑技术 2020 年 9 月 关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知 将购置补贴调整为选择示范城市或区域，重点围绕关键零部件的技术攻关和产业化应用开展示范。示范为期 4 年，采取“以奖代补”方式对示范城市给予奖励 2020 年 6 月 2020 年能源工作指导意见 推动氢能产业的技术进步和产业发展 资料来源：各政府网站，德邦研究所 表表 3：我国我国部分部分省及直辖市省及直辖市氢能氢能专项政策汇总专项政策汇总 地区地区 政策政策 要点要点 北京 北京市氢能产业发展实施方案（2021-20

24、25） 2023 年前，力争建成 37 座加氢站，推广燃料电池汽车 3000 辆；2025 年前，培育 10-15 家具有国际影响力的产业链龙头企业，京津冀区域累计实现氢能产业链产业规模 1000 亿元以上，实现燃料电池汽车累计推广量突破 1 万辆，累计推广分布式发电系统装机规模 10MW 以上。 天津 天津市氢能产业发展行动方案（2020-2022 年） 到 2022 年，氢能行业总产值突破 150 亿元。力争建成至少 10 座加氢站，打造 3 个氢燃料电池车辆推广应用试点示范区，重点在交通领域推广应用。开展至少 3 条公交或通勤线路示范运营，累计推广使用物流车、叉车、公交车等氢燃料电池车辆

25、 1000 辆以上；实现其他领域应用突破，建成至少 2 个氢燃料电池热电联供示范项目。 河北 河北省氢能产业发展“十四五”规划 到 2022 年，氢能产业链年产值 150 亿元，全省建成 25 座加氢站，燃料电池公交车、 物流车等示范运行规模达到 1000 辆， 重载汽车示范实现百辆级规模；到 2025 年，培育国内先进的企业 10-15 家，累计建成 100 座加氢站，燃料电池汽车规模达到 1 万辆，实现规模化示范，氢能产业链年产值达到 500 亿元。 河南 河南省氢燃料电池汽车产业发展行动方案 到 2025 年，示范应用氢燃料电池汽车累计超过 5000 辆、加氢站达 80 个以上，全省氢燃

26、料电池汽车相关产业年产值要突破 1000 亿元。 山东 山东省氢能产业中长期发展规划（2020-2030 年） 2020 年到 2022 年，聚集 100 家以上的氢能产业相关企业，燃料电池发动机产能达到 20000 台，燃料电池整车产能达到 5000 辆，氢能产业总产值规模突破 200 亿元。累计建成加氢站 30 座（含与其他能源合建站） ；试点示范取得初步成效，燃料电池汽车在公交、物流等商用车领域率先示范推广，省域内累计示范推广燃料电池汽车 3000 辆左右 内蒙古 内蒙古自治区促进氢能产业发展若干政策（试行） （征求意见稿） 2021-2023 年氢能产业发展试验示范阶段。 绿氢制取能力

27、达到 10 万吨/年， 工业副产氢有效利用，培育引进 5-10 家氢能相关核心企业，建成加氢站 60 座，矿山、物流、公交等领域的燃料电池汽车推广应用形成一定规模，达到 3800辆以上，氢能在冶金、化工、交通等领域的应用取得突破。氢制取、氢储运、氢加注、氢应用等产业链基本形成。氢能产业总产值达到 400 亿元 江苏 江苏省氢燃料电池汽车产业发展行动规划 2025 年，基本建立完整的氢燃料电池汽车产业体系，力争全省整车产量突破1 万辆，建设加氢站 50 座以上，基本形成布局合理的加氢网络，产业整体技术水平与国际同步，成为我国氢燃料电池汽车发展的重要创新策源地。 上海 上海市燃料电池汽车产业创新发

28、展实施计划 到 2023 年，上海燃料电池汽车产业发展实现“百站、千亿、万辆”总体目标，规划加氢站接近 100 座并建成运行超过 30 座，加氢网络全国最大，形成产出规模约 1000 亿元， 发展规模全国前列， 推广燃料电池汽车接近 10000辆，应用规模全国领先；到 2025 年，上海成为全球燃料电池汽车产业发展高地， 建成运行超过 70 座加氢站， 推广应用燃料电池汽车达到万辆级规模以上。 四川 四川省氢能产业发展规划（20212025 年） 到 2025 年，燃料电池汽车（含重卡、中轻型物流、客车） 应用规模达 6000 辆，氢能基础设施配套体系初步建立，建成多 种类型加氢站 60 座；

29、氢能示范领域进一步拓展，实现热电联供 （含氢能发电和分布式能源） 、轨道交通、无人机等领域示范应 用，建设氢能分布式能源站和备用电源项目 5 座，氢储能电站 2 座。 重庆 重庆市氢燃料电池汽车产业发展指导意见 到 2022 年，建成加氢站 10 座，探索推进公交车、物流车、港区集卡车等示范运营，氢燃料电池汽车运行规模力争达到 800 辆；到 2025 年，建成加氢站 15 座，在区域公交、物流等领域实现批量投放，氢燃料电池汽车运行规模力争达到 1500 辆 资料来源：各省市官网，氢能观察，德邦研究所 行业专题 新能源发电 9 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 2. 氢燃料电池

30、逐步发展，电堆降本是商业化关键氢燃料电池逐步发展，电堆降本是商业化关键 2.1. 氢燃料电池氢燃料电池逐步迈向商业化推广，逐步迈向商业化推广，具有独特优越性具有独特优越性 燃料电池最早可以追溯到 19 世纪。1839 年英国科学家威廉格罗夫发明了第一个燃料电池。 进入 60 年代， 燃料电池首次应用在美国航空航天管理局 （NASA）的阿波罗登月飞船上作为辅助电源，这也标志着燃料电池由实验室阶段开始转入军用阶段的应用。1966 年通用汽车推出了全球第一款燃料电池汽车 Electrovan，完美诠释了燃料电池技术的可行性潜力。之后各大车厂均纷纷展开燃料电池汽车的研究。整个发展可以分为四个阶段：第一

31、个阶段是 2000 年之前燃料电池汽车产业发展氢燃料电池汽车概念设计及原理性认证阶段，以概念车形式推出氢燃料电池汽车；第二个阶段是 2000-2010 年的燃料电池汽车示范运行验证、技术攻关研究阶段；第三个阶段是 2010-2015 年的燃料电池汽车性能提升阶段，这一阶段燃料电池的汽车功率密度、寿命取得进步，在特定领域商业化取得成功，在物流运输等领域率先使用，初步实现特定领域用车商业化；第四个阶段是 2015 年之后燃料电池汽车进入商业化推广阶段。 图图 6：氢燃料电池发展史氢燃料电池发展史 资料来源：第一电动网，易书科技，氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书，德邦研究所 氢燃料电池是以氢为燃料

32、，通过电化学反应，将氢燃料中的化学能转化为电能的装置。与传统的化石燃料发动机相比，氢燃料电池具有能量转换效率高、无污染排放、噪声很低的优点。另外，氢燃料电池的技术进步将以点带面，带动氢的制取、储存、运输等多方面的技术进步，极大地加快氢能产业整体技术升级。 行业专题 新能源发电 10 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 7：氢燃料电池工作原理：氢燃料电池工作原理 资料来源：氢能源及燃料电池交通解决方案白皮书，德邦研究所 与常规的锂电池不同，氢燃料电池的系统更为复杂。燃料电池主要由燃料电池电堆和燃料电池系统其他部分（包括空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶等多个组件）构成。燃料电池电

33、堆及燃料电池系统的耐用性等性能决定了燃料电池的使用寿命等多个指标。近年来，氢燃料电池技术方面的研究主要集中于电堆、双极板以及燃料电池系统等方面。对于完整的燃料电池系统来说，发电的全过程除了发电和供热，还包括燃料重整，反应气体的输送，电极的加热、冷却，电力调节和转换等，这些过程的效率都影响燃料电池系统的效率，其中最主要影响效率的因素有电流密度、极化、温度、燃料利用率。 图图 8：燃料电池功率与耗氢量关系：燃料电池功率与耗氢量关系 图图 9：燃料电池电压：燃料电池电压-面电流曲线面电流曲线 资料来源：付江涛燃料电池汽车最优氢耗马尔科夫决策控制2021，德邦研究所 资料来源：Wind energy

34、and the hydrogen economy - review of the technology，德邦研究所 行业专题 新能源发电 11 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 10：燃料电池系统构成：燃料电池系统构成 资料来源：氢燃料电池技术发展现状及未来展望，德邦研究所 2.2燃料电池之“心”燃料电池之“心”氢燃料电池电堆氢燃料电池电堆 氢燃料电池电堆是燃料电池中氢燃料发生化学反应的场所，是燃料电池的核心。燃料电池电堆包括催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件如集流板、密封件、端板等各种部件。据沙利文数据，2021 年电堆成本约占燃料电池系统成本 65

35、%，所以降低电堆成本是燃料电池汽车商业化的关键。 从出货量情况来看，据华经情报网数据，2021 年我国燃料电池电堆出货量为757MW，同比增长 128%，行业增速趋快，新增市场规模约为 6.2 亿元，预计2021-2025 年燃料电池电堆新增市场需求的 CAGR 为 87%，预计到 2025 年和2030 年，燃料电池电堆新增市场分别为 75、238 亿元。 行业专题 新能源发电 12 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 11：2018-2021 年年我我国燃料电池电堆出货量及增速情况国燃料电池电堆出货量及增速情况 资料来源：华经情报网，德邦研究所 图图 12：我国氢：我国

36、氢燃料电池电堆年新增市场需求燃料电池电堆年新增市场需求 资料来源：华经情报网，德邦研究所 2.2.1膜电极是燃料电池电堆核心膜电极是燃料电池电堆核心 膜电极主要包括催化剂、质子交换膜以及气体扩散层。作为核心部件，膜电极的质量直接决定了氢燃料电池的功率密度、寿命以及耐久性等重要指标。常见的膜电极根据其中电解质的不同，可分为碱性燃料电池（AFC） 、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 、磷酸燃料电池（PAFC） 、固态氧化物燃料电池（SOFC） 、质子交换膜燃料电池（PEMFC）几种。其中，质子交换膜 PEM 目前是处于商业化最前沿的燃料电池，具有多种优点，包括功率密度高、启动时间短（1min 左右）

37、 、操作温度低（20000 20000 20000 10000 - 运行环境（） -4090 -3095 - - - 抗反极能力（min） 200 200 - - - 铂载量（mg/cm2） 0.2-0.4 0.25 0.3 - 0.28 资料来源：华经产业研究院，德邦研究所 国内膜电极在成本方面具有较强的优势，并且在未来有持续下降的可能。这是由于： （1）国产燃料电池膜电极将开始规模化应用，这将显著增强供应商的议价能力，在大批量采购的情况下原材料成本存在大幅下降的空间； （2）在生产规模增大带来规模效应的情况下，高昂的设备成本将得到进一步摊薄，这将进一步 行业专题 新能源发电 14 / 29

38、 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 带动膜电极成本的下降。 图图 13：国产膜电极生产成本情况及预测：国产膜电极生产成本情况及预测 资料来源：华经产业研究院，德邦研究所 据统计 2020 年度我国氢燃料电池膜电极出货量已由 2018 年的 0.76 万平方米上升至 3.68 万平方米。由于氢能在我国的整体关注度持续提升，预计膜电极产品的出货量将进一步增加。2020 年中国膜电极新增市场需求为 1.8 亿元，预计2021-2025 年我国氢燃料电池车用膜电极的年新增市场需求的 CAGR 为 83%， 我国膜电极新增市场 2025 年和 2030 年将分别达到 37、173 亿元。 图图 1

39、4：我国燃料电池膜电极出货情况：我国燃料电池膜电极出货情况 资料来源：华经情报网，德邦研究所 行业专题 新能源发电 15 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 15：我国氢：我国氢燃料电池膜电极新增市场需求燃料电池膜电极新增市场需求 资料来源：华经情报网，德邦研究所 2.2.2质子交换膜构成电堆重要组成部分质子交换膜构成电堆重要组成部分 质子交换膜为燃料电池电堆的重要组成部分之一，按照含氟情况分类，可分为全氟磺酸膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化物质子交换膜几种。目前，常用的商业化离子交换膜为全氟磺酸膜。这种膜的原理为利用碳氟主链的疏水性以及侧链的亲水性来

40、达到高效工作的目的。这种质子交换膜具有质子传导率高、耐强酸以及耐强碱等优良特性。 目前国际上代表性的质子交换膜产品包括日本旭化成株式会社的 Aciplex 膜、旭硝子株式会社的 Flemion 膜，加拿大巴拉德动力系统公司的 BAM 膜，美国杜邦公司的 Nafion 膜，3M 公司的 PAIF 膜，科慕公司的 NC700 膜，以及陶氏公司的产品等。根据刘应都等氢燃料电池技术发展现状及未来展望 ，这些质子交换膜的主要差异在于全氟烷基醚侧链的短、磺酸基的含量有所不同。 表表 7：不同类型质子交换膜对比：不同类型质子交换膜对比 类型类型 全氟磺酸膜全氟磺酸膜 非全氟化质子交换膜非全氟化质子交换膜 复

41、合膜复合膜 无氟化质子交换膜无氟化质子交换膜 组成 由碳氟主链和带有磺酸基团的醚支链构成 用取代的氯化物代替氟树脂， 或用氟化物与无机或其他非氟化物共混 修饰材料加上全氟磺酸树脂构成的复合膜 无氟化烃类聚合物膜 优点 机械强度高，化学稳定性好，导电率较高，低温时电流密度大， 质子传导电阻小 成本较低，工作效率较高，并能将燃料电池寿命提升 机械性能获得改进， 能改善膜内水传动与分布小 成本较低，环境污染较 缺点 温度升高会使质子传导性能变差， 高温条件下已发生化学降解，成本较高 机械强度和化学稳定性较差 制备技术要求较高 化学稳定性较弱 研究/商业应用 杜邦 Nafion、陶氏Xus-B204、

42、 苏威 Aquivion、旭化成 Aciplex、旭硝子Flemion、东岳集团 DF 等 加拿大巴拉德的 BAM3G为代表产品 Gore-select-PTFE 增强膜 DAIS-磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物膜系列（处于研制阶段） 资料来源：华经产业研究院，德邦研究所 在质子交换膜制备工艺方面， 目前的制备工艺可分为熔融成膜法以及溶液成膜法两大类。 其中， 溶液成膜法是目前科研领域以及商业化领域采取的主流制备方法。根据后段工艺的不同， 溶液成膜法可进一步分为溶液浇铸法、 溶液流延法以及溶胶-凝胶法等几种方法。根据刘应都等氢燃料电池技术发展现状及未来展望 ，现在商业化制备膜电极的工艺以

43、溶液流延法为主。 -50%0%50%100%150%200%250%0500202020212022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E新增市场需求规模（亿元）增速（%） 行业专题 新能源发电 16 / 29 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 表表 8：质子交换膜生产工艺情况：质子交换膜生产工艺情况 制备工艺制备工艺 工艺说明工艺说明 优点优点 缺点缺点 熔融成膜法 将树脂熔融后通过挤出流延或压延成膜， 经过转型处理得到最终产品 薄膜厚度均匀，性能很好，生产效率较高，适合批量化生产、 对环境友好 无法有效解决成本问题，挤

44、出成型的膜仍需经过水解转型才能得到最终产品， 此过程中难以保证膜的平整 溶液浇铸法 直接将聚合物溶液浇铸于平整的模具中， 在一定温度下使溶剂挥发后成膜 制备工艺较为简单 不能用于较大规模连续生产， 因此主要用于实验室研究以及商业工业中配方改进和工艺优化。 溶液流延法 在溶液浇铸法上更进一步， 可通过卷对卷的工艺进行连续化生产。 主要包括树脂溶解转型、 溶液流延、干燥成膜等多道工序。 产品性能较佳、 质子交换膜厚度更薄 工序较长，流程较为复杂，溶剂需要回收处理 溶胶-凝胶法 将预制的聚合物均质膜溶胀后浸泡于有醇盐（Si、Zr、Ti 等）的小分子溶剂内，通过溶胶-凝胶的方法将无机氧化物原位掺杂在膜

45、中得到 可用来制备无机-有机复合膜， 并可实现无机填料在聚合物基体中较为均匀的分散 无法实现大批量连续生产， 目前尚未投入商业化使用。 资料来源：刘应都等氢燃料电池质子交换膜研究现状及展望 ，德邦研究所 在质子交换膜市场方面， 常用的商业化膜即全氟磺酸膜产能基本被外国垄断。主要的生产商有美国科慕公司、陶氏公司、3M 公司以及戈尔公司，比利时索尔维公司，日本旭硝子公司和旭化成公司等。国内质子交换膜发展虽与国际发展存在一定差距，但相对于整体垄断的格局来说，我国相关产业已迈出关键一步。目前国内企业需要解决的问题分布于产品价格、产品竞争力等方面。 表表 9：国内外膜电极产品情况：国内外膜电极产品情况

46、生产厂家生产厂家 产品型号产品型号 厚度厚度（度）（度） E.W 值值 备注备注 科慕（美） Nafion 膜 25-250 1100-1200 化学稳定性强，机械强度高，在高湿度下导电性能好， 低温下电流密度大，质子传导电阻较小 陶氏（美） Xus-B204 膜 125 800 因含氟侧链较短，合成难度较大以及价格较高，目前已经停产 戈尔（美） Groe-select 膜 8-12 1100 改性全氟型磺酸膜技术处于领先地位 3M（美） PAIF 高温质子交换膜 - - 主要用于碱性工作环境 旭硝子（日） Flemion 膜 50-120 1000 具有较长支链， 性能与 Nafion 膜相

47、当 旭化成（日） Alciplex 膜 25-1000 1000-2000 具有较长支链， 性能与 Nafion 膜相当 东岳集团（中） DF988、DF2801 质子交换膜 50-150 800-1200 性能较高，具有适用于高温 PEMFC的短链全氟磺酸膜 武汉理工新能源（中） 复合质子交换膜 16.8 - 已经向国外数家研究机构提供测试样本，好评率较高。 资料来源：华经产业研究院，德邦研究所 随着我国氢能行业迅速发展，质子交换膜的需求量将大幅提升。由于质子交换膜是膜电极的重要组成部分，因此膜电极需求的快速增长将带动质子交换膜需求量的大幅增加。 行业专题 新能源发电 17 / 29 请务必

48、阅读正文之后的信息披露和法律声明 图图 16：质子交换膜国产化进展：质子交换膜国产化进展 资料来源：华经产业研究院，德邦研究所 2.2.3催化剂与双极板为重要辅助部件催化剂与双极板为重要辅助部件 除了膜电极以及质子交换膜等重要部件外，燃料电池中催化剂与双极板等部件均在燃料电池的正常运行中发挥着重要作用。提升催化剂与双极板的性能有利于提高燃料电池电堆整体发展水平。 综合考虑燃料电池汽车的性能，以及催化剂本身的经济性等因素，催化剂需要考虑燃料电池工作时的耐高温与抗腐蚀等问题。鉴于这种问题，目前常用的催化剂为担载型催化剂 Pt/C， 即将纳米级 Pt 颗粒分散到碳粉载体上。 但这种催化剂存在使用时间

49、延长后 Pt 颗粒溶解等问题。另外，纳米 Pt 颗粒也存在容易发生氧化反应等问题。因此开发新型的燃料电池催化剂成为燃料电池领域重要的研究方向。目前，无 Pt 的单/多层过渡金属氧化物催化剂、纳米单、双金属催化剂、碳基可控掺杂原子催化剂、石墨烯负载多向催化剂、纳米金属多空框架催化剂等多种新型催化剂成为研究热点。根据刘应都等氢燃料电池技术发展现状及未来展望 ，这些新型催化剂在燃料电池的实际工作场景下的包括稳定性、耐腐蚀性、氧化还原反应催化活性质量比活性等多种性能需要进行进一步考察。 在新兴催化剂开发领域，美国 3M 公司已实现在阴极、阳极平均低至0.09mg/cm2的铂用量，催化功率密度已经达到

50、9.4Kw/g（150Kpa 反应气压） 、11.6kW/g（250kPa 反应气压） 。德国大众汽车集团引领研究的 PtCo/高表面积碳（HSC）也取得重要进展，催化功率密度、散热能力均超过了美国能源部制定的规划目标值（20162020 年） 。但减少铂基催化剂用量、提高功率密度等仍是推进氢燃料电池进一步商业化的重要课题。目前，日本田中贵金属、英国庄信万丰和比利时优美科是全球较大的氢燃料电池催化剂供应商，催化剂制备技术处于绝对领先地位，并且已经实现每批 10kg 以上的批量化生产。在国内，贵研铂业、武汉喜马拉雅、中科科创、苏州擎动、武汉理工新能源等是催化剂开发的代表性企业。其中，贵研铂业在氢