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膜電極:氫燃料電池技術與成本中樞

jh18616091022 ? 來源:AIOT大數據 ? 作者:AIOT大數據 ? 2022-11-08 16:00 ? 次閱讀

1 膜電極:氫燃料電池技術與成本中樞

1.1 膜電極占氫燃料電池成本的 60%

膜電極(MEA)是氫燃料電池的最核心部件,是多項物質傳輸和電化學反應的核 心場所,被稱為燃料電池的“心臟”。膜電極是由質子交換膜(PEM)、催化層電極(CL)、 氣體擴散層(GDL),在相應溫度和壓力下,熱壓而成的三合一組件,與雙極板組成 燃料電池電堆。膜電極決定了電堆性能、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化進程具有非常重要的意義。

膜電極處于燃料電池產業鏈上游環節,是燃料電池技術和成本中心。催化劑、質 子交換膜、氣體擴散層組成膜電極和雙極板構成電堆的上游,電堆與空壓機、氫氣循 環泵、儲氫瓶系統等其它組件構成燃料電池動力系統,下游應用對應交通領域和備用 電源領域,主要是商用車、轎車、叉車、固定式電源和便攜式電源等。

從成本端來看,燃料電池系統在氫能車購置成本中占比超過 60%,而電堆成本 在系統中占比同樣超過 60%,是氫燃料電池汽車成本占比最高的環節。

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1.2 技術特征:電化學反應唯一場所,設計制造技術壁壘高

在燃料電池反應過程中,氫氣通過擴散層至陽極催化層,在催化層作用下生成氫 離子和電子,電子傳遞到陽極氣體擴散層向外電路傳遞,氫離子由陽極催化層通過質 子交換膜傳導至陰極催化層,外電路的電子經由陰極氣體擴散層向陰極催化層傳遞, 在陰極催化劑的作用下電子、質子、氧氣在陰極催化層生成 H2O,H2O 通過陰極氣 體擴散層排除

膜電極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,因 此,膜電極的制備工藝、催化劑的選擇與載量、質子膜厚度與磺酸基含量、擴散厚度與微孔量,這些因素最終共同影響燃料電池的發電性能及效率,而膜電極的設計制造 需同時考慮這些因素,具備較高的技術壁壘。

膜電極技術演化:CCM 是主流,有序化膜電極為降本提效的新方向

20 世紀 60 年代,美國通用電氣公司采用鉑黑作為燃料電池催化劑,當時膜電極 鉑載量超過 4 mg/cm2;20 世紀 90 年代初,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室采用碳載 鉑取代鉑黑的油墨(Ink)制造工藝后,使得膜電極的鉑載量成倍降低;2000 年后, 低溫、全固態的膜電極技術逐漸成熟,使得 PEMFC 進入面向示范應用的階段。伴隨 著 PEMFC 幾十年發展,膜電極技術經歷了幾代革新,大體上可分為 GDE 熱壓法、 CCM 法和有序化膜電極三種類型:

1)第一代熱壓法膜電極(GDE),指將催化劑涂布在氣體擴散層上,然后用熱壓 法將氣體擴散電極和質子交換膜結合在一起。該方法優點是制備工藝簡單,缺點是催 化劑利用率低(≈4mg/cm2),總體性能不高,目前已基本淘汰。 2)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。該方法優點是 提高了催化劑的利用率(小于 0.4mg/cm2)與耐久性,缺點是催化層結構具有不穩定 性。CCM 法目前商業化程度最高,已大批量生產。 3)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,但仍處于研發試驗階段, 只有小部分公司實現量產,如 3M。

1.3 市場規模:氫能車加速推進,2030 年國內膜電極規模有望達 57 億元

氫燃料電池為商用車減排優選方案,“以獎代補”政策加速推動銷量

當前交通領域電動化技術解決方案主要為純電動及燃料電池,兩者對比各有明顯 優劣勢。其中,氫燃料電池優勢在更高的功率和能量密度,在載重和續航方面有優勢, 而在加氫站等配套設施方面相較純電存在劣勢;而對于純電車,雖然續航能力有弱勢, 但是滿足城市內的公交、物流車、環衛等短途行駛的續期,由于當前的成本優勢,短 期內城市內交通工具的純電化會更加迅速。因此,從技術特性上,氫燃料電池汽車適用包括固定路線、中長途干線、高載重應用場景的商用車。

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“以獎代補”新政鼓勵車型朝大功率與重載方向發展。在 2020 年 9 月發布的“以 獎代補”新政中,大功率、高載重的重卡同樣成為補貼最多的車型,我們以 2021 年積分標準測算,其中功率≥110kw,載重 31 噸以上的重卡最多可享受國補 50.4 萬元, 假設地補按照 1:1 比例實施,則該型號重卡最多可享受補貼 100 萬元,而當前配備 110kw 功率的燃料電池重卡售價仍普遍在 130~150 萬元左右,對比同規格的柴油重 卡銷售價格,實施完補貼后的氫燃料重卡將在初次購買成本上獲得優勢。

氫燃料電池汽車開啟放量,預計 2030 年有望達到十萬輛水平

政策正式落地將加速國內氫燃料電池車產銷,根據《氫能產業中長期發展規劃 (2021-2035)》,到 2025 年國內氫燃料電池車保有量達到 5 萬輛,對應 2025 年銷 量 2 萬輛左右。規模化、國產化推動下,燃料電池成本有望快速下降,據我們保守測 算,到 2030 年國內氫燃料電池車全生命周期成本將實現與柴油重卡平價,經濟性優 勢驅動下,氫燃料電池車將持續放量,2030 年產銷規模至少達到 10 萬輛水平。

預計 2030 年膜電極需求近 150 萬平米,對應國內市場規模 57 億元

假設 2025、2030 年燃料電池車需求達 2 萬輛、10 萬輛,考慮燃料電池重卡放 量,預計到 2030 年,單車系統額定容量將由此前 110kW 為主逐步提升至 220kW 左 右,膜電極功率密度由目前 1W/cm2 逐步升至 1.5W/cm2 以上,對應 2030 年膜電極 需求近 150 萬平米,年市場規模在 57 億元。

1.4 競爭格局:國產膜電極加速擴張,性能與國際先進水平接近

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化能力,能自給自 足的車企或燃料電池廠商,以豐田、現代、巴拉德為代表。另外一類是專業的膜電極 供應商,包括戈爾、杜邦和國內的鴻基創能、武漢理工氫電、新源動力、蘇州擎動等。 我國膜電極企業主要來自于國外企業如巴拉德等技術專家回國創業,以及國內高 校如武漢理工、上海交大、清華大學、南京大學等技術成果轉化。國內企業膜電極主 要參數已經與國際先進水平接近,部分參數可以超過國外先進水平。國內領先膜電極 企業鴻基創能、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,鴻 基創能達到 1.4W/cm2,測試使用壽命超過 1~2 萬小時,已基本滿足產業化應用需求。

2019 年后鴻基創能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力國產生產線先后正 式落成,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 擴張步伐明顯加速,尤其頭部企業鴻基創能完成了百萬片下線里程碑。

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據勢銀(Trendbank)數據顯示,2018-2019 年進口膜電極占據了國內市場主要 份額,分別占國內市場份額 77.8%和 52.9%,20 年開始進口膜電極市場份額明顯降 低,約占市場份額 20%。可以看出,隨著技術的發展,國產膜電極市場份額從 2020 年開始快速上升,進口量大幅減少。

2 核心材料國產化加速推進,成本將進入下行通道

2.1 膜電極原材料現靠進口,規模降本依賴國產化

據 2022 世界新能源汽車大會歐陽明高院士所示國內外燃料電池堆性能,以及我 國燃料電池核心材料部件國產化進程,當前國內燃料電池堆性能已達到國際先進水平, 且在系統集成及輔助系統 BOP 已完全實現國產化及規模化量產,但膜電極核心原材 料質子膜、催化劑、擴散層的國產化水平依然較弱。膜電極作為燃料電池成本中樞, 其國產化進程快慢很大程度上影響未來規模化生產的降本節奏。

膜電極核心材料國產化突破及降本的實現路徑

膜電極核心材料國產化突破及降本,主要體現在催化劑、質子交換膜、氣體擴散 層這三部分:1)催化劑方面,優化鉑基催化劑結構,降低鉑載量減少貴金屬使用成 本,并尋找新型非鉑催化劑;2)質子交換膜方面,加強磺酸樹脂材料的自主研發, 開發低成本成膜量產制備工藝;3)氣體擴散層方面,打通從高性能碳纖維到碳紙的 制備工藝,開發標準化低成本的擴散層工藝平臺。

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2.2 質子膜:提升國產膜壽命及傳質效率是關鍵

全氟磺酸膜是主流質子交換膜,影響燃料電池性能、壽命

質子交換膜是一類同時具備離子電導率和化學-機械穩定性的離子導電聚合物薄 膜,在氫燃料電池中,可以為質子的遷移和輸送提供通道,在運行過程中只允許水和質子(或稱水合質子,H3O+)穿過,使得質子能夠經過膜從陽極到達陰極,而電子 通過外電路轉移從陰極到達陽極,從而形成電流。 理想的質子交換膜必須具有良好的質子傳導率、良好的熱和化學穩定性、低氣體 滲透率、適度含水率、高機械強度和結構強度等,對氫氧化反應、氧還原反應和水解 具有穩定性,同時膜表面對電催化劑有強附著力,使用壽命長。

全氟磺酸膜是目前主流的氫燃料電池質子交換膜。質子交換膜按其氟含量,可分 為全氟質子交換膜、部分氟化質子交換膜、無氟質子交換膜。其中全氟磺酸由于碳氟鍵的鍵能高,其力學性能、化學穩定性、熱穩定性佳,使用壽命遠好于其他膜材料, 同時由于分子支鏈上存在親水性磺酸基團,具有優秀的離子傳導特性,全氟磺酸膜是 目前應用最廣泛的質子交換膜體系。 全氟磺酸質子交換膜最早由杜邦公司于 20 世紀 70 年代開發并實現商業化生產 (Nafion 系列),其結構包括一條類聚四氟乙烯主鏈以及含有磺酸基團的短側鏈,這 一結構特點使得全氟質子膜兼具高穩定性和高質子電導率。目前除杜邦 Nafion 系列 產品之外,美國陶氏化學的 Xus-B204、比利時蘇威公司的 Aquivion 系列、日本旭化 成的 Aciplex 系列、日本旭硝子的 Flemion 系列以及我國山東東岳集團的 DF 系列均 以全氟磺酸作為基材,其主要差異在于全氟烷基醚側鏈長短和磺酸基含量的不同。

技術難點及趨勢:磺酸樹脂合成&聚合、成膜加工具備極高壁壘

1)在樹脂合成&聚合方面。全氟磺酸樹脂(PFAR)是全氟磺酸質子交換膜的主 要材料,PFAR 由全氟烷基乙烯基醚(PSVE)單體和四氟乙烯等共聚制得全氟磺酰 樹脂(PFSR)后,經水解酸化制成。

在 PSVE 單體樹脂合成過程中,由于全氟磺酸樹脂中的側鏈磺酸基團是實現質 子傳導的關鍵,如何制備能酸化為磺酸基的磺酰基單體 PSVE 是各個廠家的研究重 點,而 PSVE 單體的合成需要在嚴格無水、惰性氣體保護、非質子溶劑、堿金屬氟化 物作用下進行,反應條件極為苛刻。此外,各廠家為了規避專利糾紛,開發了不同結 構的 PSVE 單體。 在 PFSR 樹脂聚合過程中,PFSR 通常以 PSVE、四氟乙烯等經過兩元、三元甚 至四元共聚生成,其共聚難點體現在:1)常用的乳液聚合法由于少量磺酰氟基團會 發生水解從而使得高分子鏈發生締合,導致加工時出現熔體粘度增大的情況,使得加 工困難;2)乳液聚合得到的磺酰樹脂平均分子量不高,從而降低成品膜的機械強度。 (2)在全氟磺酸樹脂成膜方面。質子膜工藝直接影響質子膜的微觀結構,進而 決定制品的最終性能。工業中全氟磺酸膜常用的成膜工藝有兩種,熔融成膜法和溶液 成膜法兩種方法,兩種成膜方法都存在工藝難度:

熔融擠出法后處理復雜,平整度難保持。熔融成膜法制備過程是將樹脂熔融后通過擠出流延或壓延成膜,經過轉型處理后得到最終產品,這種方法適合用于連續化生產,且生產過程中無需使用溶劑。但熔融擠出法成膜后還需進行水解轉型才能得到最終產品,較難保持膜的平整度。 溶液成膜法連續化不足,后處理要求高。溶液成膜法制備過程是將聚合物和改性 劑等溶解后進行澆鑄或流延,最后經過干燥脫除溶劑后成膜。溶液成膜法適用于絕大多數樹脂體系,易于實現雜化改性和微觀結構設計,還可用于制備超薄膜。但是生產 過程中使用的有機溶劑的回收和后處理要求比較高,并且在揭膜時難度較大,需要更多的經驗和技術的積累才能實現連續化。

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國產化情況:國產質子膜商用化加速推進,整體熱度提升

從市場競爭格局來看,據高工氫電數據,目前國內氫燃料電池質子交換膜市場仍 以國外品牌為主,其中車用氫燃料電池質子膜應用最為廣泛的是美國戈爾的 e-PTFE 復合膜,全球市場占比超過 90%,電解水質子膜使用最多的是杜邦-Nafion 膜。 國內質子膜企業正在加速開啟國產化進程。近兩年來,采用國產質子交換膜的電 堆已經實現裝車,在氫能重卡、公交等領域開啟示范運營。國內多家企業都取得了不 同程度的進展,國產質子交換膜正開始從試樣檢測向小批量商用階段過渡。國內發展 較快的有東岳未來氫能、科潤新材料、浙江漢丞、武漢綠動、東材科技等幾家公司。 在質子交換膜國產化率上,根據 GGII 數據,2020 年國產質子交換膜的市場占有 率為 7.5%,2021 年提升到 11.61%。其中東岳未來氫能發展較快,2021 年在國內燃 料電池質子交換膜的市場份額達到 9%,較上年提升約一倍。

2.3 催化劑:低鉑、高活性、長壽命、一致性是長期研究方向

鉑基催化劑是常用商業催化劑,低鉑、高活性、長壽命是主要方向

催化劑層作用是降低反應的活化能,促進氫氣和氧氣在電極上的氧化還原過程, 扮演著電化學反應“工廠”的作用。目前常用的商用催化劑是鉑基催化劑,通常用高比 表面積的碳搭載鉑納米顆粒,然后將鉑碳催化劑均勻分散在電極表面,這是由于鉑對 陽極氫氧化反應(HOR)和陰極氧還原反應(ORR)均具最適宜的吸附自由能。 但由于鉑的價格昂貴、儲量有限和易中毒等缺點,導致催化劑成本、電池效率和 穩定性等均難以滿足大規模商業化需求。因此降低貴金屬鉑的用量、提高催化活性、 耐久性性和抗中毒能力,是氫燃料電池催化劑的主要研究方向。

技術難點及趨勢:降低陰極側催化劑成本是降低催化劑總成本的關鍵

氫燃料電池反應過程中,陽極 HOR 反應是一個快速動力學過程,陰極 ORR 反 應比較復雜,涉及多步電子的得失和耦合質子的轉移,是一個緩慢的動力學過程, ORR 相較 HOR 慢 6 個數量級,氫燃料電池的能量損失主要來自陰極,因此陰極相 對陽極需要更高的催化劑載量。以商業 Pt/C 催化劑為例,一般陽極側僅需0.05Pt/cm2就可以保持很好的催化活性,而在同樣電流密度條件下,陰極側鉑載量通常是陽極的 5-8 倍,因此如何在解決陰極 ORR 緩慢問題的同時減少鉑載量,對降低氫燃料電池 堆催化劑成本起著很大的作用。

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目前通過提高鉑穩定性、活性、降低鉑載量來降低催化劑成本的研究方向如下: 1)對碳載體進行改性處理,包括對炭黑進行石墨化處理提高碳載體的穩定性,以及 選擇導電性更好、更穩定的新型結構碳載體;2)對 Pt 進行改性處理,包括 Pt 合金 化(利用過度金屬催化劑提高其穩定性、質量比活性,包括 Pt-Co/C、Pt-Fe/C、PtNi/C 等二元合金催化劑)、Pt 單原子層化、Pt 核殼化(以非 Pt 材料為支撐核、表面 殼為貴金屬,由金屬合金通過化學或電化學反應,去除活性較高的金屬元素,保留活 性較低的 Pt 元素。該方法降低 Pt 載量,提升催化劑活性)。 此外,非貴金屬催化劑在學術界同樣被大范圍開展,其研究主要包括過度金屬原 子簇合物、過渡金屬氮化物等。其中,過渡金屬(Fe、Co、Ni、Mn 等)-氮-碳催化 劑(M-N-C)因其具有較高的 ORR 活性,被認為是最有可能替代 Pt 基催化劑的非 Pt 催化劑之一。

國產化情況:國產參與者逐漸增多,規模化生產下壽命、一致性待提升

從競爭格局來看,我國的催化劑市場基本海外企業占據,國內企業還處在小批量 或研發階段。主要進口日本田中貴金屬、英國莊信萬豐和比利時優美科等幾家全球較 大的燃料電池催化劑供應商,海外供應商催化劑制備技術處于領先地位,已經能夠實 現批量化生產(大于 10kg/批次),而且性能穩定,可靠性高。 這是由于燃料電池催化劑不同于一般的催化劑,對活性、穩定性、耐久性等各項 性能指標要求很高,需要在不斷使用過程中,經過不斷測試、積累、完善,才能慢慢 形成可以規模化生產的商用產品,而國內燃料電池尚處于起步階段,鉑催化劑載量及 活性衰減方面仍有差距。目前國內進展較快的催化劑供應商如濟平新能源、氫電中科、 喜馬拉雅氫電等正加速追趕海外產品性能,其產品普遍通過了下游膜電極和電堆客戶 的認證,進入規模化量產階段。

2.4 擴散層:海外企業把控碳纖維,打通碳纖維到碳紙工藝是關鍵

在燃料電池中,氣體擴散層(GDL)位于流場和催化層之間,其作用是支撐催化 層、穩定電極結構,并具有質/熱/電的傳遞功能,同時為電極反應提供氣體、質子、 電子和水等多個通道,通常 GDL 厚度為 100~400μm。因此,GDL 必須具備良好的 機械強度、合適的孔結構、良好的導電性、高穩定性。

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GDL 通常由基底層(GDB)和微孔層(MPL)組成,基底層經過疏水處理后(浸 漬聚四氟乙烯溶液+高溫燒結),在其上涂覆單層或多層微孔層,從而制成氣體擴散層: 1)基底層。通常由碳纖維輔以黏合劑,經抄紙工藝而制得的紙狀材料,其直接與雙 極板接觸;2)微孔層。由碳基粉末和憎水劑混合而成,采用絲網印刷、噴涂或涂布 方式將其涂覆到基底層表面,經過高溫固化,得到微孔層,其直接與催化層接觸。

技術難點及發展趨勢:高性能碳纖維原料國產化,分散、碳化及高溫石墨化 工藝存壁壘

基底層的選材及生產技術是生產 GDL 的核心:1)基材方面,碳紙為首選,上 游高性能碳纖維原材料待國產化。目前可作為基底層的材料包括碳纖維紙、碳纖維編 織布、無紡布與碳黑紙等,其中碳纖維紙因為質量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙均勻 且強度高,厚度可根據使用要求調整,適合耐久性燃料電池使用,是 GDL 基底層首 選。此外,構成碳紙的高性能碳纖維材料主要掌握在日本東麗、美國赫氏等巨頭手中, 國內碳纖維企業正加速追趕;2)碳紙生產工藝方面,分散、碳化及高溫石墨化是核 心。短切碳纖維分散效果的好壞直接影響 GDB 的均勻性,從而影響電池性能,此外, 碳化好壞影響擴散層的機械強度和傳質效果,而石墨化工序需要經過 2000℃以上的 高溫才能制備,在高溫石墨化設備方面,目前主要由國外企業壟斷。

氣體擴散層技術創新方向主要集中在提高碳紙基底層的機械強度、增強氣體傳輸 性能、加強排水、控制滲透深度、平整度,降低粗糙度、增加涂層均勻性以及增強導 電性等方面。此外,國內還積極推進高溫石墨化設備等的全面本土制造,加快推進氣 體擴散層的產業化進程。

國產化情況:海外占主流,國產化逐步打開市場應用突破口

目前燃料電池生產商大多采用日本東麗、美國 Avcarb、德國 SGL 等廠商的氣體 擴散層產品,其中日本東麗、Avcarb 占據較大的市場份額。東麗和 SGL 的產品價值 鏈始于自己生產的碳纖維碳紙,一直到微孔層 MPL 涂布,具備深厚的基礎碳材料開發和規模化生產能力。

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由于擴散層生產鏈條長、生產環節復雜,研發周期長、資金投入大,國內只有通 用氫能、上海嘉資等少數企業涉足研發氣體擴散層并在眾多膜電極企業端有多種產品 進行測試、裝堆。但從氣體擴散層的技術指標來看,隨著近幾年國內燃料電池產業的 快速發展,國產氣體擴散層技術水平也明顯提升,如通用氫能已實現與進口擴散層同 等的性能,且實現了擴散層的規模化生產,目前通用氫能已建成年產能 10 萬平方米 的國內首條卷對卷連續化氣體擴散層生產線,年產 100 萬平米的氣體擴散層產線也 在建設中。

3 盈利預測

關注具備一體化先發優勢的膜電極組件企業

決定膜電極組件企業核心競爭力的要素在于: 1)材料體系認知力。膜電極組件設計制造涉及多學科多領域,自身技術壁壘高, 尤其在當前國內氫燃料電池應用發展初期階段,需滿足下游燃料電池堆&系統多樣化的參數需求,包括能量密度、使用壽命、體積&重量等要求,因此膜電極的設計制造 需建立在對原材料體系及自身工藝的充分認知基礎之上,包括催化劑的選擇與載量、 質子膜厚度與磺酸基含量、擴散厚度與微孔量、以及膜電極自身的制備工藝,這些因 素共同影響著燃料電池的發電性能及效率。 2)工程化解決能力。“以獎代補”等重磅政策陸續推出后,氫燃料電池已具備商業 化落地基礎,膜電極未來隨著成本的逐步下移,有望迎來需求高速增長,如何保障未 來規模化穩定供應,兼顧生產效率及產品一致性,體現的是膜電極組件企業足夠的工 程化解決能力。

關注具備設計&制備能力,打通核心工藝的膜電極原材料企業

決定膜電極原材料企業核心競爭力的要素在于: 1)材料設計&制備能力。質子膜、催化劑、擴散層涉及基礎材料的設計,包括形 貌控制、元素摻雜、分子鏈控制等,還涉及到原材料的制備,需控制反應溫度、壓力、 時間等條件,因此高性能、長壽命、低成本的原材料,體現的是企業對材料設計及制 備能力。 2)核心工藝實現能力。膜電極三大核心原材料具備高技術工藝壁壘,包括質子 膜的樹脂合成及成膜、催化劑的低鉑化制備、擴散層的碳紙制備等,目前三大原材料 國產化普遍存在產品性能、壽命、一致性等問題,因此基本依靠進口,其國產化進程 直接影響氫燃料電池產業的商業化。此外,目前國產原材料普遍生產銷售規模偏小, 缺乏足夠的技術驗證市場及迭代基礎,核心工藝的突破能夠幫助國產原材料盡早打開 國內市場,建立產品生態圈。

重點公司分析

億華通:國內領先的燃料電池系統供應商,市占率位居第一

深耕燃料電池領域,國內系統頭部供應商。公司成立于 2012 年,是中國最早實 現具有自主知識產權燃料電池系統及電堆的批量化制造的企業之一,公司成立至今始 終專注于設計、開發及制造燃料電池系統及核心零部件電堆,產品主要面向商用車領 域應用,2021 年公司燃料電池系統裝機量市場份額位列第一。 產品覆蓋范圍廣,最高功率達到 240kW。公司能夠提供及出售具有不同輸出功 率的各種燃料電池系統型號持續迭代開發出 30kW、40kW、50kW、60kW、80kW 及 120kW 型號,并于 2021 年 12 月向市場發布首個 240kW 型號,為國內首款額定功 率達到 240kW 的高功率車用燃料電池系統,計劃于 2022 年開始批量生產。

縱向一體化研發,不斷擴展及強化供應鏈。公司采取縱向一體化研發路徑,循序 漸進完成了燃料電池動力系統總成、燃料電池系統、燃料電池電堆及主要電堆部件雙 極板的自主開發與制造,并通過聯營公司上海億氫開發及制造另一主要燃料電池電堆 部件膜電極。除了強化自身研發水平外,公司還積極引入外部資源,收購神力科技逐 步實現電堆自主化,與豐田汽車合作加深突破電堆技術。 持續加碼與整車企業合作,打開“地域”限制。燃料電池汽車產業仍處于發展初期, 行業特性和政策上都表現出“地域性”,公司與重點車企客戶合作,針對性地開展地域 項目,最終開拓地區公交公司客戶。分別聯合北汽福田、宇通客車、中植汽車和蘇州 金龍共同開發北京、上海、鄭州、成都、蘇州等地燃料電池汽車市場。

威孚高科:傳統柴油車零部件核心供應商,全力切入氫能賽道

“外延并購+自主研發”布局氫能產業,實現第二增長曲線。2019 年及 2020 年, 公司先后收購丹麥老牌燃料電池部件公司 IRD 的股權,及全球最大的獨立金屬雙極板一站式集成技術供應商比利時 Borit,通過收購實現并掌握“一膜兩板”(膜電極、石 墨雙極板、金屬雙極板)關鍵技術能力。此外,2021 年,威孚高科進一步布局了商業化較為明朗的上游制氫領域,啟動了 PEM 電解水制氫示范線項目,完善整體氫能 業務結構。 制定氫能業務發展戰略規劃綱要,全力推進氫能布局。2022 年 1 月,公司公告 制定氫能業務發展戰略規劃綱要:1)公司氫能業務聚焦于產業鏈中上游的氫燃料電 池核心零部件、可再生能源制氫兩大板塊,推進亞太、歐洲、北美三大基地建設;2) 至 2025 年,公司氫能業務累計規劃投入約 30 億元,其中氫燃料電池核心零部件業務投資約 26 億元,PEM 電解水制氫系統裝備業務投資約 4 億元;3)公司擬出資 2.25 億元(合計持股 75%)與子公司 IRD、子公司 Borit、RBINT 合資設立無錫威孚氫燃 料電池技術有限公司,主營氫燃料電池零部件,合資公司將獨立面向中國市場,并積 極拓展潛在亞太市場。

審核編輯 :李倩

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原文標題:氫燃料電池膜電極專題研究:核心材料國產化,助推氫能車商業化

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