一、膜電極綜述
燃料電池通過電化學反應直接發電，不受卡諾循環限制，沒有機械傳動損失，理論發電效率遠高於內燃機。質子交換膜燃料電池憑藉啓動時間短、操作温度低、結構緊湊、功率密度高的優點成為燃料電池汽車邁入商業化進程的首選。質子交換膜燃料電池（PEMFC）是現階段國內外主流應用技術。
膜電極（MEA）是燃料電池的核心部件，直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐久性和使用壽命。膜電極承擔燃料電池內的多相物質傳輸（包括液態水、氫氣、氧氣、質子和電子傳輸），通過電化學反應將燃料氫氣的化學能轉換成電能，直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐久性和使用壽命。其主要性能指標包括單位表面積的輸出功率（功率密度）、貴金屬用量（單位功率輸出的鉑用量）、壽命和成本。具備高效多相傳輸能力的膜電極，能減少電堆系統的輔機消耗，從而降低電堆成本，提高電堆系統可靠性。
膜電極不同技術路線對比
資料來源：公開資料整理
燃料電池電堆生產流程主要包含膜電極組件製備、雙極板製備和電堆裝配三大環節。從膜電極生產流程來看，主要涉及攪拌、塗布、貼合、熱壓和模切等生產工序。具體情況如下：
膜電極生產工藝
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二、燃料電池產業鏈
PEMFC主要包括燃料電池電堆及系統配件等。PEMFC電堆由多個單體電池以串聯方式組合，單體電池由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板以及密封圈構成。系統配件包括壓縮機、加濕器、氫循環氣系統、傳感器與控制系統。
質子交換膜燃料電池產業鏈
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相關報告：華經產業研究院發佈的《2022-2027年中國燃料電池行業市場全景評估及投資方向研究報告》
三、膜電極行業現狀分析
1、燃料電池汽車
燃料電池汽車是質子交換膜燃料電池成熟的商業化應用市場。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、膜電極市場規模
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年燃料電池系統成本構成劃分（單位：%）
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
據中國氫能聯盟數據，2020年我國燃料電池電堆年新增市場規模為3.6億元。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
隨着氫燃料電池產業發展，其上游零部件膜電極市場需求隨之增長。根據中國氫能聯盟數據，2020年中國膜電極新增市場需求為1.8億元。預計2021-2025年我國氫燃料電池車用膜電極的年新增市場需求的CAGR為83%。2025/2030年前我國膜電極新增市場37/173億元。
2020-2030年中國燃料電池膜電極新增市場需求
資料來源：中國氫能聯盟，華經產業研究院整理
四、膜電極行業競爭格局
從企業佈局情況來看，21年後國內膜電極企業擴產速度加快，雙面直接塗布技術和膜電極一體成型技術正在成為主流。國外膜電極供應商已具備膜電極批量自動化生產線，單線年產能在數千平方米到萬平方米級。2019年後鴻基創能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力國產生產線先後正式落成，我國的膜電極領域逐步開啓批量化生產步伐。具體企業佈局情況整理如下：
國內部分膜電極企業生產設備及產能情況
資料來源：氫智會，華經產業研究院整理
五、膜電極行業未來發展趨勢
1、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。目前，國內已經有一批可以獨立研發、生產膜電極的企業，從產品性能來看，主要性能參數方面與國際水平接近，如部分領先企業功率密度可達到1.4W/cm2，耐久可達20000小時以上。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。
國內外膜電極性能參數
資料來源：TrendBank，華經產業研究院整理
2、國產膜電極成本優勢明顯，並有望持續下降。國產化MEA產品規模化應用增強供應商議價能力，大批量採購情況下上游原材料成本有望大幅下降，同時規模效應攤薄高昂的設備投入，帶動MEA成本下行。
2020-2025年中國國產膜電極生產成本預測情況
資料來源：TrendBank，華經產業研究院整理
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