目前質(zhì)子交換膜主要用于燃料電池、純水電解制氫電解槽和液流電池中，其作用是傳導(dǎo)質(zhì)子、隔離氣體和反應(yīng)物質(zhì)。
質(zhì)子交換膜按照其合成結(jié)構(gòu)，可以分為均質(zhì)膜和復(fù)合膜。復(fù)合膜是在質(zhì)子交換膜合成過程中復(fù)合增強層，提升質(zhì)子交換膜的機械性能，可以將質(zhì)子交換膜做薄。目前在燃料電池中，質(zhì)子交換膜多為復(fù)合膜，在純水制氫電解槽和液流電池中，質(zhì)子交換膜類型多為全氟磺酸均質(zhì)膜。同時，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，質(zhì)子交換膜的市場現(xiàn)狀、市場前景均有所差別。
1、燃料電池質(zhì)子交換膜市場現(xiàn)狀
GGII數(shù)據(jù)顯示，2021年中國氫燃料電池領(lǐng)域國產(chǎn)膜電極所需質(zhì)子交換膜的量為11.2萬平米，較上年增長超150%。國產(chǎn)膜電極需求量增長將帶動質(zhì)子膜的需求量逐步提升。
在燃料電池質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率上，GGII數(shù)據(jù)顯示，2020年國產(chǎn)膜電極質(zhì)子交換膜需求量為4.4萬m2，其中國產(chǎn)質(zhì)子交換膜的市場占有率為7.5%。2021年國產(chǎn)質(zhì)子交換膜的市場占有率為11.61%。
2020-2021年氫燃料電池質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率（單位：%）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
從市場競爭格局來看，目前國內(nèi)氫燃料電池市場中，質(zhì)子交換膜市場仍以國外品牌為主，國產(chǎn)質(zhì)子膜中目前東岳未來氫能，憑借多年開發(fā)和應(yīng)用積累，2021年在國內(nèi)燃料電池質(zhì)子交換膜的市場份額達到9%，較上年提升約一倍。此外，科潤新材料、武漢綠動、浙江漢丞等也正在積極導(dǎo)入，開始進行產(chǎn)品驗證及小批量出貨，同時廣東埃蒙特、華誼集團等也在研發(fā)氫燃料電池質(zhì)子交換膜，國內(nèi)競爭日益凸顯。
2020-2021年國內(nèi)市場氫燃料電池質(zhì)子交換膜市場競爭格局
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
2、PEM電解水制氫質(zhì)子交換膜市場現(xiàn)狀
PEM電解水制氫質(zhì)子交換膜目前市場規(guī)模較小，主要市場份額被科慕（原美國杜邦）Nafion?系列膜占據(jù)，2021年市場份額高達76%，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜的市場占有率為21.45%。GGII調(diào)研顯示，目前國內(nèi)頭部PEM電解水制氫質(zhì)子交換膜供應(yīng)商東岳未來氫能已經(jīng)完成部分客戶前期應(yīng)用驗證，2021年開始國產(chǎn)化替代，市場占有率約為15%。
2021年P(guān)EM制氫質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率（單位：%）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
3、液流電池質(zhì)子交換膜市場現(xiàn)狀
根據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）測算，2020年需求量達到4.1萬平方米，市場規(guī)模達到0.8億元。2020和2021年整體需求規(guī)模均保持50%以上的增速，主要因為大連200MW/800MWh全釩液流儲能調(diào)峰等前幾年簽訂項目訂單陸續(xù)出貨投產(chǎn)，以及襄陽100MW全釩液流電池儲能電站等眾多新項目的簽訂與立項帶動的采購需求增加。
2021年中國市場液流電池質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率約為23.15%，其中國內(nèi)出貨量靠前的企業(yè)為科潤新材料和東岳未來氫能，其余國內(nèi)企業(yè)液流電池質(zhì)子交換膜均處于向下游送樣驗證階段。從競爭格局來看，國內(nèi)市場仍以科慕（原杜邦）的全氟磺酸樹脂膜為主要應(yīng)用產(chǎn)品，其市場占比達75%。而國產(chǎn)的液流電池質(zhì)子交換膜市場中，有多年全氟磺酸質(zhì)子交換膜研發(fā)與生產(chǎn)基礎(chǔ)的東岳未來氫能2021年已正式進入該應(yīng)用市場。
2021年液流電池質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化率（單位：%）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
2021年8~12月國內(nèi)五大氫燃料電池車示范城市群落地。從各個示范城市群的示范目標來看，4年后，國內(nèi)示范區(qū)氫燃料電池汽車推廣數(shù)量超3萬輛。
同時，2021年4月，科技部“氫進萬家”科技示范工程落戶山東，示范工程項目周期為5年，計劃推廣燃料電池整車6000輛。因此，到2025年，氫燃料電池汽車示范城市群和“氫進萬家”科技示范項目，預(yù)計可以推廣超3.8萬輛氫燃料電池汽車。
另外，從國內(nèi)各地氫燃料電池汽車推廣規(guī)劃來看，到2025年，氫燃料電池汽車總計規(guī)劃推廣數(shù)量達到6.6萬輛。
同時，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》規(guī)劃，到2025年中國燃料電池汽車保有量達到5~10萬輛，到2030年中國燃料電池汽車規(guī)模在80~100萬輛。
綜上，GGII預(yù)計，2022年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量在1.1萬輛左右，同比上年增長171.3%；2025年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量預(yù)計可達3.7萬輛，2030年中國氫燃料電池汽車預(yù)計銷量可達49萬輛，2022年~2030 年年復(fù)合增長率為85%。
2021-2030年中國氫燃料電池汽車銷量預(yù)測
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
2022年3月23日，國家發(fā)改委、國家能源局《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》中指出，穩(wěn)步推進氫能多元化示范應(yīng)用。“十四五”時期，氫能產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用除交通領(lǐng)域外，還包含儲能、發(fā)電和工業(yè)等領(lǐng)域。2021年~2022年，在氫發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、船舶、無人機等領(lǐng)域，燃料電池應(yīng)用開始“起風(fēng)”，但多數(shù)為示范項目和小批量訂單，其應(yīng)用仍以交通領(lǐng)域為主。
隨著國內(nèi)市場大功率電堆和系統(tǒng)不斷推出，下游應(yīng)用逐步起量，GGII預(yù)計，2025年國內(nèi)氫燃料電池電堆功率需求約為5.1GW，2022-2025年年復(fù)合增長率為62%。預(yù)計到2030年國內(nèi)市場氫燃料電池電堆功率需求約為125GW，2022-3030年年復(fù)合增長率為76%。
2021-2030年國內(nèi)氫燃料電池電堆功率需求預(yù)測（單位：MW）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
而電堆功率的增長，將帶動上游燃料電池質(zhì)子交換膜的需求量向上增長。GGII預(yù)計，到2030年國內(nèi)氫燃料電池市場質(zhì)子交換膜的需求量將達到947.7萬m2。
據(jù)GGII調(diào)研統(tǒng)計，2021年中國電解水制氫設(shè)備市場規(guī)模超過9億元，出貨量超過350MW。目前中國電解水制氫設(shè)備以堿性制氫為主，2018年及2020年中國堿性電解水制氫設(shè)備裝機規(guī)模分別為196MW和275MW。由于設(shè)備造價昂貴，PEM制氫設(shè)備在傳統(tǒng)用氫行業(yè)應(yīng)用案例較少，且制氫規(guī)模普遍在10Nm3/h以下，2021年國內(nèi)PEM制氫設(shè)備規(guī)模接近20MW。
《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》將氫能視為可再生能源規(guī)?；咝Ю玫闹匾d體，鼓勵在風(fēng)光水電資源豐富地區(qū)開展可再生能源制氫示范，探索季節(jié)性儲能和電網(wǎng)調(diào)峰，制氫儲能成為推動電解水制氫設(shè)備市場增長的重要驅(qū)動力?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》規(guī)劃，到2025年可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年。GGII預(yù)計，可再生能源制氫比例將由2025年的3%提升至2035年的20%左右?？稍偕茉措娊馑茪漤椖颗d建，將帶動電解水制氫設(shè)備需求爆發(fā)式增長。
GGII預(yù)計，2022年中國電解水制氫設(shè)備市場需求有望達到730MW，同比2021年接近翻番；2025年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備市場需求量將超過2GW，相比2020年增長6倍以上；2022-2025年中國堿性及PEM制氫設(shè)備裝機規(guī)模年均復(fù)合增長率有望達到48%和126%，PEM制氫設(shè)備將迎來規(guī)?；痉稇?yīng)用。隨著國內(nèi)PEM制氫設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)子交換膜、催化劑等核心材料逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，疊加規(guī)模化生產(chǎn)降本，預(yù)計到2030年P(guān)EM電解水制氫設(shè)備的規(guī)模在2030將超2GW。
2018-2030年中國電解水制氫設(shè)備裝機規(guī)模及預(yù)測（單位：MW）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
PEM電解水制氫設(shè)備的規(guī)模增長將進一步帶動PEM電解水制氫質(zhì)子交換膜的需求增長，GGII預(yù)計，到2030年中國PEM制氫質(zhì)子交換膜的需求規(guī)模為9萬平米，國產(chǎn)化替代空間大。
2021年國家發(fā)改委、能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，對儲能發(fā)展的系列問題提出整體思路。對于發(fā)展目標，征求意見稿提出到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。市場環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機規(guī)模達30GW以上。2021年儲能液流電池由于系統(tǒng)價格高昂、產(chǎn)業(yè)配套不完善等制約因素，整體市場裝機容量仍然處于較低水平。但液流電池有望在可再生能源并網(wǎng)、電網(wǎng)側(cè)削峰填谷等長時間、大容量儲能領(lǐng)域首先爆發(fā)，并與抽水蓄能和鋰離子電池儲能形成有力的互補與支撐。
GGII預(yù)計，未來中短期液流電池仍會以全釩液流電池為主，到2030年中國液流電池儲能市場出貨量規(guī)模將達到7GW。
2019-2025年中國液流電池儲能市場裝機量預(yù)測（單位：MW，%）
資料來源：高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII），2022年5月
液流電池市場規(guī)模增長，帶動上游質(zhì)子交換膜需求量和市場規(guī)模提升。GGII預(yù)計到2030年液流電池質(zhì)子交換膜的總需求量達385萬m2，未來市場規(guī)?？傤~將超過30億元。
整體來看，下游需求空間大、國家政策支持關(guān)鍵材料自主化，質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化替代空間大。
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦氫科技網(wǎng)）：質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化替代空間探究
大家好，艾邦氫能源技術(shù)網(wǎng)的微信公眾號已經(jīng)開通，主要分享氫燃料電池堆（雙極板，質(zhì)子膜，擴散層，密封膠，催化劑等），制氫，加氫，氫燃料汽車動力系統(tǒng)等相關(guān)的設(shè)備，材料，配件，加工工藝的知識。同時分享相關(guān)企業(yè)信息。歡迎大家識別二維碼，并通過公眾號二維碼加入微信群和通訊錄。
