2021年中国质子交换膜（PEM）产业链和格局分析

2021年中国质子交换膜（PEM）产业链和格局分析一、质子交换膜产业基本概述质子交换膜PEM应用广泛。质子交换膜（PEM）也称为质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过的膜，在电池（电解池）中起到为质子迁移和传输提供通道、分离气体反应物并阻隔电解液的作用。1、应用情况质子交换膜燃料电池（PEMFC）的基本结构由膜电极（MEA）以及两侧的双极板构成，其中，双极板的作用是将氧化剂和还原剂分隔开，MEA是由阳/阴极气体扩散层（GDL）、阳/阴极催化层（CL）、质子交换膜（PEM）构成的五合一结构。质子交换膜性能的好坏直接决定着燃料电池的性能和使用寿命，基本相当于电子设备的“芯片”。评价评价PEM的性能指标主要为EV值（离子基团当量值）、粒子传导率、膜厚度和成本等。膜电极整体结构示意图2、分类情况质子交换膜根据含氟情况进行分类，主要包括全氟磺酸膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜和非氟化聚合物质子交换膜。其中，全氟硫酸型膜以机械强度高，化学稳定性好，在湿度大的条件下导电率高，低温时电流密度大、质子传导电阻小等优点成为当前最为商业化的PEMFC电解质膜。目前，市场上应用最广泛的是由美国杜邦公司研制的Nafion系列全氟硫酸型膜。不同种类质子交换膜对比情况3、生产工艺质子交换膜的制备工艺可以分为熔融成膜法和溶液成膜法两大类，溶液成膜法是目前科研和商业化产品采用的主流方法。溶液成膜法根据后段工艺的差别可以进一步细分为溶液浇铸法、溶液流延法和溶胶－凝胶法，目前商业化产品（主要是PFSA质子交换膜）多采用溶液流延法。质子交换膜生产工艺对比情况氢燃料电池质子交换膜研究现状及展望，二、质子交换膜产业链整体分析1、整体简述就燃料电池产业链整体情况而言，作为氢能源电池应用的终端产品，燃料电池汽车产业链整体复杂，主要包括上游的水、煤炭、天然气和石脑油等产业的氢气，中游主要为氢气的储存和运输等，主要产品包括燃料电池动力系统和基本的汽车组成结构，其中燃料电池动力系统分为电堆和系统配件，电堆主要包括催化剂、质子交换膜和双极板等，其中质子交换膜是燃料电池的核心，基本决定了电池的效率和寿命。就质子交换膜单行业产业链而言，上游是有机氟化工的单体材料，下游应用于氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等领域。燃料电池产业链整体简图2、上游端质子交换膜上游主要有机氟加工产业，整体来看，近年来含氟聚合物产量呈现稳步增长趋势，2020年含氟聚合物产量达到56。32万吨。从产能占比情况来看，聚四氟乙烯产量占含氟聚合物的65%，其次是聚偏二氟乙烯占比16%。从长期看，受益于风电、新能源、5G基站、智能手机等领域需求快速成长拉动，含氟聚合物产品需求仍有望保持高速增长态势。2014-2020年中国氟聚合物产量及增长率3、下游端燃料电池快速发展有望带来质子交换膜大量需求。随着2021年国内氢能源示范城市群落地，加之燃料电池技术突破（电堆单堆功率达100kW左右等），2021年燃料电池电堆出货量快速增长。根据数据，2021年中国车用燃料电池电堆出货量达757MV，同比2020年增长136。6%。预计随着燃料电池电堆出货量持续增长，中国质子交换膜需求有望带来爆发式增长。2018-2021年中国燃料电池电堆出货量及增长率GGII，除了燃料电池行业外，质子交换膜下游还包括氯碱行业等，而氯碱行业属于高耗能行业，因此在环保政策逐步收紧的背景下近年来相关项目的审批有所收紧，预计未来对于质子交换膜的需求增速将有所放缓。就国产化进程而言，中国国产离子膜在综合性能及价格上仍在积极追赶国外产品，氯碱行业“十三五”规划中提出国产化离子膜的行业应用率达到30%的目标，国产离子膜存在广阔的市场替代空间。2014-2021年中国烧碱（折100%）产量及增长率四、质子交换膜市场现状分析就中国氢燃料电池质子交换膜现状而言，随着燃料电池产业整体快速发展，中国质子交换膜出货量快速增长。根据数据，作为质子交换膜组成的膜电极出货量从2018年的0。76万平方米增长至2020年的3。68万平方米。整体来看，目前氢能整体热度回升，行业整体认知、技术和工艺水平提升，预计中国质子交换膜出货量将持续增长。2018-2020年中国氢燃料电池膜电极出货量及增长率GGII，五、质子交换膜竞争格局1、市场集中度就质子交换膜竞争格局而言，全氟磺酸膜产能被国外垄断。全氟质子交换膜生产主要集中在海外，主要公司包括美国戈尔、科慕、陶氏和3M公司，比利时索尔维公司，日本旭硝子玻璃、旭化成。国内目前少数成功实现质子交换膜商业化量产的企业为东岳集团。东岳已成为继戈尔、科慕两家外国企业之后国内市场占比最大的企业，已建成全国唯一全氟酸质子膜树脂合成生产线，实现量产并批量供货。当前产品已经进入奔驰公司的供应链体系，稳定性、可靠性、寿命已经进入规模化验证中。国内外燃料电池质子交换膜产品对比2、国内主要企业生产现状随着国产化质子交换膜持续推进，2021年中国质子交换膜和膜电极整体行业迎来快速发展，质子交换膜作为燃料电池的“芯片”，其国产化的重要性毋庸置疑，虽然目前价格、验证和提升产品竞争力等问题仍未得到解决，但相较于整体垄断，中国已迈出关键的第一步，另外，国产和外资企业合作也将外资先进技术带入国内（2021年6月，东岳未来和巴拉德动力系统公司签署了战略合作框架协议等），有望带动技术快速发展。国内质子交换膜主要生产现状GGII，五、质子交换膜发展趋势1、行业景气度提升，认知提升2021年以来，随着氢能源行业整体产销回暖，市场景气度提升，整体产业链认知提升。从上游质子交换膜等原材料端到下游燃料电池汽车终端应用，整体应用指标越发精细，实际可操作性逐步提升，对于行业技术发展带动积极作用。同时资本对于燃料电池行业整体关注度提升，虽然完全商业化仍有较长的路要走，但工艺和技术整体进步明显，预计随着行业热度持续上升，质子交换膜作为燃料电池核心原材料需求有望迎来大幅度提升。2、价格仍是关键影响，国产化势在必行随着国家政策进一步推动氢能源汽车规模化应用，中国燃料电池整体需求上升，行业景气度提高，但受限于质子交换膜和膜电极组成整体成本较高，导