蓝皮书｜势银启动《燃料电池电堆产业发展蓝皮书（2022）》撰写

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2022年9月20日-22日，势银（TrendBank）将上海举办“势银燃料电池产业大会”， 告将在该大会发布。

告名称：《燃料电池电堆产业发展蓝皮书（2022）》

发布形式：免费全公开

件格式：PDF（word档）

背景

氢燃料电池以氢气为燃料，是通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，可广泛应用于交通领域、便携式发电和固定电源等多种领域。

燃料电池汽车是氢能在交通领域的主要使用途径，兼具能效高、排放低等优势，相比传统燃油车在能效利用率、碳排放等方面均具有一定优势。2022年，随着全国“3+2”燃料电池汽车示范格局的形成，氢燃料电池汽车产业发展逐步进入快车道。

燃料电池发电具备清洁环保、效率高和无间断发电等优点，可被应用于固定式发电领域和家用热电联产，国内关于燃料电池发电系统的应用整体还处于起步阶段。

另外，随着PEM电解水制氢规模的不断扩大，越来越多的企业进入该领域，其中不乏众多燃料电池产业链企业。

电堆作为氢燃料电池的重要组成部分，也正快速向前发展，新的技术突破和产品不断涌现。本次势银（TrendBank）《燃料电池电堆产业发展蓝皮书（2022）》将按照车用电堆、发电用电堆、水电解用电堆不同应用，全面系统阐述电堆市场及供应链现状与发展，从技术、市场、政策、企业、产品和投融资等方面进行分析。

电堆构成及工作原理

电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。

电堆是发生电化学反应场所，是燃料电池的核心组成部分。电堆工作时， 氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应，实现化学能和电能之间的转换。

图1 燃料电池电堆单电池结构及工作原理示意图

车用端

车用电堆方面，根据所用双极板的不同材质，可分为金属堆、石墨堆和复合电堆。

石墨堆具有较强的耐腐蚀性能，但是机械性能较差，金属堆具备更小的体积因而具备更高的功率密度，且金属堆具有更加优异的导电性和力学性能。复合电堆则同时具备了石墨堆和金属堆的优点。

国鸿氢能近日推出单堆输出功率超过200kW，比功率密度超过4.5kW/L的石墨堆；上海氢晨在今年一月推出了新一代230kW金属电堆，功率密度高达6.0kW/L；

表 1 国内部分电堆企业名单

车用电堆市场方面，据势银(TrendBank）统计，2021年电堆累计上牌车辆装机量达到219.33MW，相对于2020年（107.66MW）同比增长了103.72%，其中，国产电堆占据84.4%的市场份额。

从装机功率上看，大功率电堆装机量占比较大。具体装机功率分布如下，110kW及以上的电堆占61%。

图2 2021年装机车用电堆功率分布

从2020年和2021年上牌车辆装机的电堆企业市占率分布可以看出，头部企业发生了变动，Top1市占率变化不大，由23.96%增至24.18%；Top5企业市占率降低，电堆市场集中度下降。

图3 2020年和2021年电堆企业市占率

燃料电池电堆生产和测试设备现状

随着燃料电池行业发展步伐加快，国内氢燃料电池产业相关的生产和测试设备需求也随之增加。根据势银（TrendBank）统计，国内部分电堆企业年产能已经达到万台套级别。

除电堆企业外，电堆生产设备企业也在为电堆生产持续助力。世椿新能源的焊接绑带式电堆产能大于8000堆/年（以400组装一个堆为参照）；魔方新能源堆叠成的电动机功率范围在60-100kW，电堆可年产达2000台套每年。除电堆生产设备外，魔方新能源还具备电堆气密测试设备。

目前，电堆测试系统主要包括电堆产品的开发和生产测试，具体包括对整堆、堆栈、单电池等常规性能及耐久等进行测试。

国内的检测设备企业区域集中度高，大多集中在长三角地区，据势银（TrendBank）统计，国产检测设备约占据七成市场份额。除了专门做检测设备的企业外，国内还有30余家检测机构，其中车用燃料电池检测CNAS认可17家。

表2 部分生产和检测设备企业及机构

车用膜电极发展现状和市场现状

车用膜电极方面，目前国内已经基本实现国产化，产品性能也可比肩国际领先水平，在功率密度和耐久性等性能方面不断取得突破。

根据势银(TrendBank）2020年和2021年上牌车辆膜电极装机数据显示，车用膜电极市占率Top1企业由国外巴拉德转变成国内的清能股份，国内膜电极企业跻身行业前列；Top5市占率明显降低，市场集中度下降，越来越多企业涉足膜电极领域。

图4 2020和2021年膜电极企业市占

车用双极板应用现状和市场现状

双极板是电堆的核心组成之一，分为石墨板、金属板及复合板，在燃料电池领域和电解水制氢领域被广泛使用。石墨双极板是目前国内燃料电池最常用的双极板，导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等性能较好，但机械性能相对较差。

目前，石墨双极板已实现国产化，多数采用机加工的方法。金属板导电和导热性能较好，可以做到更薄，但耐腐蚀性能差，需要靠涂层进行改性。复合双极板兼具良好的导电性和力学性能，但工艺繁琐，加工成本较高。

根据势银（TrendBank）上牌车辆装机数据显示，2021年车用双极板仍是石墨板占主要市场份额，共占据63%，金属板占据35%，复合板占据2%。

图5 不同类型双极板市场份额

表3 国内部分双极板企业

车用膜电极核心原材料应用现状和市场现状

技术不断提升助力电堆产业链实现国产化，不过核心材料依然存在依赖进口的现象。目前，国内企业不断在核心材料方面发力，核心材料国产化进程在不断推进。

其中，国产催化剂的发展最为迅速，济平新能源、中科科创已经开始批量供应，并且实现装车应用。

质子交换膜方面，东岳未来的产品已经可以做到15μm的厚度，产能也有了大幅提升，据势银(TrendBank）调研了解，8μm的质子膜已在研发当中。

国内气体扩散层的发展相对滞后，国内也有少数企业在不断深耕，例如通用氢能、上海嘉资。另外，也有膜电极企业开始在核心原材料方面进行布局，推动产业链国产化。

表4 国内部分核心原材料企业

发电领域端

电堆在发电领域应用现状和市场现状

发电燃料电池系统与车用燃料电池系统在某些方面存在一定差异，两者各有侧重。车用系统对布置空间、重量等指标比较关注，发电系统对输出电源的品质、稳定性比较关注。

表5 部分燃料电池电堆在发电领域应用项目

膜电极在发电领域应用现状和市场现状

发电系统电堆中的膜电极、双极板及核心材料可以沿用车用系统电堆的技术积累，生产设备、生产工艺也可借鉴，平摊生产固定投资的成本，进一步降低不同应用场景中电堆的成本。

膜电极在发电领域的应用与在车用端有一定差异，不会过分关注功率密度等性能参数，更加注重氢气的使用效率。制备工艺方面，双极板的流道设计及浆料配制会有所区别。目前，部分车用膜电极企业也在往固定式发电领域拓展，产品处于初期研发阶段。

双极板在发电领域应用现状和市场现状

固定电源使用的双极板主要是石墨板，相比较车用领域，固定式电站对体积、抗冲击等能力并没有太严格的要求，但是对耐久性要求会更高。应用于不同领域的双极板差异不大，生产工艺方面，部分生产步骤会做适当调整，比如树脂溶液的应用等。另外，由于空冷堆和水冷堆功率密度的差异，双极板的使用量也有一定差距，空冷堆双极板数目约是水冷堆的两倍。

据势银（TrendBank）调研了解到，现阶段国内燃料电池在发电领域属于初级阶段，市场规模不大，国外相对成熟，比如日本、欧洲。目前，国内的部分双极板企业在车用和发电领域均有布局，如华熔科技等，早在19年就有用于发电的双极板产品出口至德国。金属板方面，技术路线主要有两种：

一是不锈钢加涂层，另一种是钛板加涂层。其中，钛板的耐久性会更好，但是成本较高。由于金属板相对于石墨板在固定式电源方面并无明显优势，据国内金属板企业说明，在发电领域暂无相应产品推出。

核心原材料在发电领域应用现状和市场现状

目前，国内核心原材料企业在发电领域也有涉足。据势银(TrendBank)调研，质子交换膜方面，产品和车用端区别主要有两点，一方面是厚度差异，车用的产品厚度主要是8~15μm，固定电源一般厚度在25μm左右；另外，车用的主要是复合膜，由树脂和增强膜制成，固定电源用的是纯树脂制备的纯膜。

市场方面，目前主要是杜邦的产品占据大部分市场份额，国内质子膜企业科润、东岳具有制备能力。气体扩散层方面，在发电领域应用的产品厚度及水热管理会和车用端差别较大，因而制备工艺方面也会随之发生改变，目前国内企业处于测试验证状态。

电解水制氢端

膜电极在电解水制氢领域应用现状和市场现状

膜电极作为电堆核心部件，除在车用燃料电池上被广泛应用外，在PEM制氢领域也被广泛使用。

PEM水电解池主要部件包括阴阳极端板、阴阳极气体扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜等。其中，扩散层起集流，促进气液的传递等作用；催化层的核心是由催化剂、电子传导介质、质子传导介质构成的三相界面，是电化学反应发生的核心场所；质子交换膜作为固体电解质，一般使用全氟磺酸膜，起到隔绝阴阳极生成气，阻止电子的传递，同时传递质子的作用。

国内部分膜电极企业也在多领域同时布局，如鸿基创能、武汉理工等除在车用膜电极上不断突破以外，在电解水制氢方面也持续推进研发和生产。

双极板在电解水制氢领域应用现状和市场现状

以PEM电解水为例，目前质子交换膜水电解用双极板结构比较简单，大多数用的是无流道的钛板，部分设计有流道，但流道又宽又厚，相较于燃料电池双极板，水电解双极板更粗糙。

目前，据势银（TrendBank）调研，国内部分双极板企业已经在车用和电解水制氢领域同时发力，如上海治臻、华熔科技等。

核心原材料在电解水制氢领域应用现状和市场现状

催化剂方面，国内一些企业可以实现批量供应，如中科科创。气体扩散层方面，目前主要有两种类型，一种是钛纤维毡、一种是钛 结构，生产钛纤维毡的企业在逐渐增多，国内目前主要是进口，也有部分国产替代。质子交换膜方面，目前国内出货的PEM电解槽中几乎全部采用进口的质子膜，国内科润和东岳在电解水制氢质子膜方面均有布局。

在燃料电池加速发展的背景下，势银（TrendBank）将推出《燃料电池电堆产业发展蓝皮书2022》，旨在帮助政府部门、金融机构和产业链相关企业等了解电堆产业发展现状，并挖掘出一批“专精特新”的企业，帮助它们提升品牌价值，以此促进产业和企业的共同进步。

蓝皮书主要内容

本次势银（TrendBank）《燃料电池电堆产业发展蓝皮书（2022）》将按照车用电堆、发电用电堆、水电解用电堆不同应用，全面系统阐述电堆市场及供应链现状与发展，从技术、市场、政策、企业、产品和投融资等方面进行分析。

目录

1、产业篇

1.1 燃料电池产业发展概述

1.1.1 车用燃料电池电堆产业发展现状及趋势

1）车用燃料电池电堆产业链

2）车用燃料电池电堆成本结构

3）国产车用电堆产品技术现状

4）车用燃料电池电堆技术路线及发展趋势分析

1.1.2 发电用电堆产业发展现状及趋势

1.1.3 水电解用电堆发展现状及趋势

1.1.4 燃料电池车用膜电极产业现状

1）膜电极制备工艺案例介绍

2）国产膜电极生产设备现状

3）国产膜电极产品技术现状

4）膜电极成本结构及降本趋势分析

1.1.5 发电用膜电极产业现状

1.1.6 电解水制水电解氢用膜电极产业现状

2、市场篇

2.1 车用电堆市场现状

1）“3+2”城市群电堆市场分析

2）实际装车电堆市场份额分析

3）2021年国产电堆出货量分析

4）车用电堆市场发展趋势及预测

2.2 发电用电堆市场现状

2.3 车用膜电极市场现状

1）实际装车膜电极市场份额分析

2）2021年国产膜电极市场份额分析

3）车用膜电极市场发展趋势及预测

2.4 发电用膜电极市场现状

2.5 电解水电解用膜电极市场现状

3、政策篇

3.1 国家级政策发展历程解读

3.2 示范城市群政策解读

3.3 重点区域和城市政策解读

4、投融资篇

4.1 电堆企业投融资情况

4.2 膜电极企业投融资情况

5、供应链篇

5.1 双极板

1）石墨双极板发展现状

2）金属板双极板发展现状

5.2 催化剂

1）国产催化剂技术现状

2）国内催化剂专利趋势分析

3）催化剂国产化进程

5.3 质子交换膜

1）国产质子交换膜技术现状

2）国内质子交换膜专利趋势分析

3）质子交换膜国产化进程

5.4 碳纸

1）国产碳纸技术现状

2）国内碳纸专利趋势分析

3）碳纸国产化进程

6、企业案例研究

6.1金属板电堆企业

6.2石墨复合板电堆企业

6.3 膜电极企业

6.4 核心材料企业

6.5 国外先进企业

7、总结

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