膜電極（MEA）是氫燃料電池的最核心部件，是多項物質(zhì)傳輸和電化學反應的核心場所，其制備技術不但直接影響電池性能，而且對降低電池成本、提高電池比功率與比能量至關重要，被形象地稱為燃料電池的“心臟”。

在構成方面，膜電極是將質(zhì)子交換膜、催化層電極、擴散層在浸潤全氟磺酸隔膜液后，在一定溫度和壓力下，熱壓而成的三合一組件，與雙極板組成燃料電池電堆。

圖 膜電極組成

一、制備工藝

膜電極的生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了GDE型膜電極（熱壓法膜電極）、CCM（catalyst coated-membrane）膜電極和有序化膜電極三個階段。

圖 制備工藝

CCM膜電極制備工藝現(xiàn)已被廣泛采用，是目前主流的商業(yè)化制備方法（包括轉印、噴涂、電化學沉積、干粉噴射等，具有高鉑利用率和耐久性的優(yōu)點），隨著納米線狀材料的發(fā)展，市場嘗試將其引入到膜電極催化層，從而催生了有序化膜電極概念；膜電極結構的有序化使得電子、質(zhì)子、氣體傳質(zhì)實現(xiàn)高效通暢，具有最大反應活性面積及孔隙連通性，以此實現(xiàn)更高的催化劑利用率，對提高發(fā)電性能和降低PGM的載量提供了新的解決方案。

二、膜電極產(chǎn)業(yè)鏈

1、產(chǎn)業(yè)鏈位置

膜電極處于燃料電池上游，由電解質(zhì)膜（質(zhì)子交換膜）、催化劑、氣體擴散層構成。雖是三種核心材料的合成組件，但膜電極由超過12種不同的核心材料組成，其產(chǎn)業(yè)化的難點之一就是核心材料的篩選，其次是制成工藝連續(xù)化以及工程驗證，其技術難度不亞于比質(zhì)子交換膜。

圖 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈

目前在燃料電池系統(tǒng)、電堆環(huán)節(jié)，國產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品批量供應，隨著膜電極國產(chǎn)化的逐步深入，燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。但產(chǎn)業(yè)鏈中質(zhì)子交換膜、氣體擴散層等材料環(huán)節(jié)仍處于研發(fā)或小批量試制階段，持續(xù)引導國產(chǎn)化推進，實現(xiàn)技術獨立可控對成本下降意義重大。

2、成本構成

圖 成本構成

在氫燃料電池系統(tǒng)中，電堆占總成本的比例高達60%；膜電極又占電堆總成本的60%。隨著量產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，膜電極（質(zhì)子交換膜+催化劑+氣體擴散層）在電堆成本中的占比有望從60%（年產(chǎn)1000套電堆）下降至47%（年產(chǎn)50萬套電堆）。

規(guī)?；a(chǎn)有助于膜電極組件成本降低，繼而帶動燃料電池成本下降，更有利于燃料電池車的推廣，對膜電極頭部企業(yè)而言，有利于率先占領國內(nèi)市場，真正逐漸替代巴拉德等外國技術在國內(nèi)的市場份額。

三、市場分析

1、市場規(guī)模

隨著國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)電堆及其零部件環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，膜電極作為電堆的核心組成部分，需求量也隨著燃料電池行業(yè)的發(fā)展逐步上升。

在規(guī)?；a(chǎn)化推動下，燃料電池成本將快速下降，補貼期末氫燃料電池車（FCV）將在部分地區(qū)實現(xiàn)無補貼條件下對標燃油車平價，經(jīng)濟性優(yōu)勢驅動下，F(xiàn)CV將持續(xù)放量，2030年預計產(chǎn)銷規(guī)模達到百萬。

圖 2021-2030年膜電極市場預測   單位：億元

假設2021、2025、2030年燃料電池車需求達1.5輛、10萬輛、100萬輛，考慮燃料電池重卡放量，單車系統(tǒng)額定容量將由此前30kW為主逐步提升至100kW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年膜電極需求接近1千萬平米，對應2030年市場規(guī)模在350億元。

2、進口替代趨勢

圖 2018-2021年膜電極裝機面積

勢銀數(shù)據(jù)顯示，2018年和2019年進口膜電極占據(jù)了市場主要份額，分別占國內(nèi)市場份額77.8%和52.9%，2020年開始進口膜電極市場份額明顯降低，約占市場份額20%?？梢钥闯?，隨著技術的發(fā)展，國產(chǎn)膜電極市場份額從2020年開始逐漸上升，進口量大幅減少。

3、商業(yè)化規(guī)模進程

目前，國內(nèi)領先膜電極企業(yè)產(chǎn)品功率密度均超過1W/cm2，測試使用壽命達到1~2萬小時，已基本滿足產(chǎn)業(yè)化應用需求，2019年開始國產(chǎn)膜電極產(chǎn)品逐步開始供應。國產(chǎn)膜電極較進口產(chǎn)品成本優(yōu)勢明顯，帶動燃料電池成本持續(xù)下行。

圖 MEA降本曲線（元/W）

短期國產(chǎn)化、規(guī)?；瘜⑹墙当镜闹饕苿?，未來功率密度提升帶來更大降本空間。國產(chǎn)化MEA產(chǎn)品規(guī)?；瘧迷鰪姽套h價能力，大批量采購情況下上游原材料成本有望大幅下降，同時規(guī)模效應攤薄高昂的設備投入，帶動MEA成本下行。遠期看，MEA功率密度提升將降低單瓦材料用量，實現(xiàn)更大的降本空間。

四、行業(yè)相關企業(yè)

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)從事膜電極相關企業(yè)如下所示。

圖 膜電極相關企業(yè)

五、發(fā)展前景

1、進口和國產(chǎn)化

一方面是產(chǎn)業(yè)初期，產(chǎn)業(yè)鏈集中攻關的重點在系統(tǒng)及電堆，對于膜電極關注較少，產(chǎn)業(yè)鏈存在缺失，電堆企業(yè)采購較為成熟的進口膜電極，顯然后者的性能優(yōu)勢較為明顯，占據(jù)了大部分市場。另一方面國內(nèi)膜電極技術水平參差不齊，存在批次一致性較差等問題，需要時間去改善。從2019年開始，國產(chǎn)膜電極市占率逐漸上升，特別是獨立膜電極公司開始發(fā)力，一批優(yōu)秀專業(yè)膜電極經(jīng)歷了從小批量應用到規(guī)?；鲐洠涔β拭芏染^1W/cm2，測試使用壽命可達到1~2萬小時，產(chǎn)品良率大幅上升。在政策引導下，國產(chǎn)化替代的步伐將會加快，預計2022年膜電極國產(chǎn)化率很可能超過60%。

2、產(chǎn)能和需求

國內(nèi)的膜電極企業(yè)可分為自產(chǎn)自用型和獨立的膜電極公司，前者隨著自身電堆的出貨需要逐漸的釋放產(chǎn)能，多采用脈沖噴涂或超聲噴涂等工藝，少數(shù)采用卷對卷設備。而第三方膜電極公司的產(chǎn)能設計一般比較超前，卷對卷設備是多數(shù)的選擇，考慮未來大規(guī)模需求而設計，一旦市場需求激增可快速響應，從而擴大市場份額。

3、成本和價格

目前膜電極的成本約占電堆價格的50%，市場價格約在1200-1500元/kW的區(qū)間，如果達到千平級的訂單，價格可以下探到千元之內(nèi)。電堆已經(jīng)開始激烈的價格競爭，會直接傳導至膜電極的價格，而膜電極的又受制于上游的原材料價格。單從原材料本身的價值來測算膜電極價格能低至500元/kW以下，但現(xiàn)實還需要從如質(zhì)子交換膜、碳紙等原材料國產(chǎn)化后降本，及量級提升帶來的成本分攤和規(guī)模效率來著手。

4、發(fā)展方向

其一是鉑載量問題，目前國內(nèi)膜電極的鉑載量水平已經(jīng)達到0.3g/kW，多數(shù)的膜電極企業(yè)在攻關低鉑化膜電極技術，使用合金催化劑被認為是一個發(fā)展方向；膜電極工藝在未來會有不斷的技術迭代，對膜電極公司的要求會不斷提高，產(chǎn)品迭代應用驗證周期較長，需要有前瞻性眼光，提前布局。

其二是產(chǎn)業(yè)分工問題，未來產(chǎn)業(yè)鏈整合勢在必行，電堆公司會自產(chǎn)膜電極或者向上游延伸，獨立膜電極公司的市場空間可能會被壓縮，但目前的產(chǎn)業(yè)分工合作正在越來越細，電堆公司會考慮自產(chǎn)和采購之間的投資回報關系，若市場上的膜電極質(zhì)優(yōu)價廉，電堆公司可能不必要再投入建設膜電極產(chǎn)線，同時也可預計到未來獨立膜電極公司和電堆公司的綁定關系肯定會逐漸加深。