一、燃料電池電堆綜述
氫燃料電池汽車的核心為燃料電池發動機系統，其結構主要包括燃料電池發動機、車載儲氫系統、冷卻系統等。其中，燃料電池發動機系統主要由燃料電池電堆、氫氣供給系統、氧氣供給系統、發動機控制器等構成。據美國能源署數據，燃料電池發動機系統成本結構為：氫循環系統（4%）、燃料電池電堆（62%）、熱管理系統（6%）、空壓機（14%）、增濕器（7%）、其他（7%）。
氫燃料電池汽車組成結構
資料來源：美國能源署，億華通招股説明書，華經產業研究院整理
燃料電池電堆是氫能源車的心臟，燃料電池電堆主要由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層、雙極板，以及其他結構件如密封件、端板和集流板等組成。
燃料電池電堆主要部件介紹
資料來源：公開資料整理
二、燃料電池電堆產業鏈
燃料電池電堆由端板、絕緣板、集流板以及多個單電池組成，其中催化劑和雙極板的成本佔比較高。單電池主要由雙極板和膜電極組成，其中膜電極（MEA）由5層材料構成，分別是最外層的兩層氣體擴散層、兩層催化層以及一層質子交換膜。單電池需要由堆棧的方式構成電池電堆，電堆的兩側需要端板、絕緣板以及集流板等結構裝配，起固定、絕緣以及收集電流的作用。
燃料電池電堆產業鏈
資料來源：公開資料整理
從成本結構來看，據沙利文數據，2021年電堆成本約佔燃料電池系統成本65%。膜電極主要包括催化劑、質子交換膜以及氣體擴散層，佔電堆成本的75%左右，其中催化劑佔電堆的36%，雙極板佔電堆的23%，質子交換膜佔電堆的16%。
2021年燃料電池電堆成本結構劃分（單位：%）
資料來源：沙利文研究院，華經產業研究院整理
相關報告：華經產業研究院發佈的《2022-2027年中國燃料電池汽車行業市場發展現狀及投資前景展望報告》
三、燃料電池電堆行業現狀分析
1、燃料電池
燃料電池汽車是燃料電池成熟的商業化下游應用市場。從全球燃料電池市場規模來看，行業逐年上漲，市場增速預計加快。據統計，2020年全球燃料電池市場規模為36.9億美元，同比上漲10.15%。從下游汽車市場來看，2021年全球氫能源汽車銷量達16313輛，同比2020年增長68%，截止2021年保有量已達49562輛，預計2021年燃料電池市場規模增速快於2020年。
2015-2020年全球燃料電池市場規模及增速
資料來源：公開資料整理
從中國市場來看，2016-2019年行業快速增長，2020年受疫情影響略有滑坡。據統計，2020年中國燃料電池市場規模為15億元，同比下降44.44%。從下游市場來看，2021年燃料電池汽車銷量達1586輛，同比2020年增長35%左右；據工信部數據顯示，2022年前三個月氫能源汽車產銷量分別為856輛和738輛，同比分別增長7.2倍和3.9倍，行業或將迎來爆發期。
2015-2020年中國燃料電池市場規模及增速
資料來源：公開資料整理
2、燃料電池出貨情況
從燃料電池出貨功率及裝機情況來看，全球和中國燃料電池裝機持續增長。據統計，2020年全球燃料電池裝機容量為1319MW，中國裝機容量為87MW。
2015-2020年全球及中國燃料電池出貨功率變化
資料來源：公開資料整理
3、燃料電池電堆市場規模及出貨情況
據中國氫能聯盟數據，2021年我國燃料電池電堆年新增市場規模約為6.2億元。預計2021-2025年燃料電池電堆新增市場需求的CAGR為87%。2025/2030年，燃料電池電堆新增市場分別為75/238億元。
2020-2030年中國燃料電池電堆年新增市場需求
資料來源：中國氫能聯盟，華經產業研究院整理
從出貨量情況來看，據GGII數據，2021年中國燃料電池電堆出貨量為757MW，同比增長128%，行業增速趨快。
2018-2021年中國燃料電池電堆出貨量及增速情況
資料來源：GGII，華經產業研究院整理
四、燃料電池電堆行業競爭格局
從歷年出貨情況來看，國鴻氫能電堆國內累計市佔過率超過50%，排名第一。根據GGII的統計，2015~2021年，國鴻氫能電堆累計配套氫燃料電池車約5000套，市佔率50%，排名第一；神力科技、新源動力電堆分別累計配套氫燃料電池車1000、1000輛，位列二、三。2021年出貨量TOP10電堆企業分別為國鴻氫能、氫晨科技、神力科技、愛德曼、清能股份、氫璞創能、濰柴動力、國電投氫能、東方氫能、航天氫能（上海）。
2015-2021年中國燃料電池電堆累計出貨企業分佈
資料來源：GGII，華經產業研究院整理
根據TrendBank數據，2021燃料電池電堆市場佔比率前三分別為：清能股份（25%）、巴拉德（16%）、神力科技（16%）。
2021年中國燃料電池電堆市場佔有率分佈
資料來源：TrendBank，華經產業研究院整理
五、燃料電池電堆行業未來發展趨勢
1、2019~2021年年市場集中度維持高位，基於對政策和未來市場前景的良好預期，進入燃料電池系統行業的企業持續增加，市場集中度有下降趨勢。根據TrendBank數據，2019年至2021年期間燃料電池電堆的TOP3集中度從84%降低到58%，市場集中度持續下降，行業集中度下降趨勢預計將保持持續。
2、國鴻氫能、氫璞創能、雄韜股份（旗下雄韜氫瑞）紛紛公佈電堆大批量價格。得益於核心材料和關鍵部件的國產化進程加速，2020年我國燃料電池系統和電堆的價格已經實現30%-50%幅度的下調。未來幾年，隨着國產核心零部件的規模化以及競爭加劇，未來幾年電堆售價有望按照每年25%-30%的速度下降。
3、截至2021年，國內燃料電池系統技術水平已遠超燃料電池技術發展路線中規劃的水平。根據氫藍時代動力科技有限公司常務副總裁曹桂軍在2021勢銀氫能與燃料電池產業年會上發表的《燃料電池系統開發與多場景應用》的主題演講，電堆的國產化率和技術指標快速提升。其中，單堆功率從45~60kW提升至150~200kW；電堆功率密度從2.5kW/L提升至4~4.5kW/L；關鍵零部件國產化率從50%提升至90~98%；系統集成度從300W/kg提升至450W/kg；環境適應性普遍提高，一般可達到-30℃冷啓動；基礎材料不斷突破，產業化加速，系統成本下降趨勢明顯，電堆價格可低於2000/kW，系統成本可低於5000/kW。預計2025年燃料電池系統主要額定功率為130~180kW，燃料電池系統最大額定功率將大於180kW，氫能在交通領域的應用將逐步向長續航、大載重的場景過渡。
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