一、质子交换膜产业基本概述
质子交换膜PEM应用广泛。质子交换膜（PEM）也称为质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过的膜，在电池（电解池）中起到为质子迁移和传输提供通道、分离气体反应物并阻隔电解液的作用。
1、应用情况
质子交换膜燃料电池（PEMFC）的基本结构由膜电极（MEA）以及两侧的双极板构成，其中，双极板的作用是将氧化剂和还原剂分隔开，MEA是由阳/阴极气体扩散层（GDL）、阳/阴极催化层（CL）、质子交换膜（PEM）构成的五合一结构。质子交换膜性能的好坏直接决定着燃料电池的性能和使用寿命，基本相当于电子设备的“芯片”。评价评价PEM的性能指标主要为EV值（离子基团当量值）、粒子传导率、膜厚度和成本等。
膜电极整体结构示意图
资料来源：公开资料整理
2、分类情况
质子交换膜根据含氟情况进行分类，主要包括全氟磺酸膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜和非氟化聚合物质子交换膜。其中，全氟硫酸型膜以机械强度高，化学稳定性好，在湿度大的条件下导电率高，低温时电流密度大、质子传导电阻小等优点成为当前最为商业化的PEMFC电解质膜。目前，市场上应用最广泛的是由美国杜邦公司研制的Nafion系列全氟硫酸型膜。
不同种类质子交换膜对比情况
资料来源：公开资料整理
3、生产工艺
质子交换膜的制备工艺可以分为熔融成膜法和溶液成膜法两大类，溶液成膜法是目前科研和商业化产品采用的主流方法。溶液成膜法根据后段工艺的差别可以进一步细分为溶液浇铸法、溶液流延法和溶胶－凝胶法，目前商业化产品（主要是PFSA质子交换膜）多采用溶液流延法。
质子交换膜生产工艺对比情况
资料来源：《氢燃料电池质子交换膜研究现状及展望》，华经产业研究院整理
二、质子交换膜产业链整体分析
1、整体简述
就燃料电池产业链整体情况而言，作为氢能源电池应用的终端产品，燃料电池汽车产业链整体复杂，主要包括上游的水、煤炭、天然气和石脑油等产业的氢气，中游主要为氢气的储存和运输等，主要产品包括燃料电池动力系统和基本的汽车组成结构，其中燃料电池动力系统分为电堆和系统配件，电堆主要包括催化剂、质子交换膜和双极板等，其中质子交换膜是燃料电池的核心，基本决定了电池的效率和寿命。就质子交换膜单行业产业链而言，上游是有机氟化工的单体材料，下游应用于氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等领域。
燃料电池产业链整体简图
资料来源：公开资料整理
2、上游端
质子交换膜上游主要有机氟加工产业，整体来看，近年来含氟聚合物产量呈现稳步增长趋势，2020年含氟聚合物产量达到56.32万吨。从产能占比情况来看，聚四氟乙烯产量占含氟聚合物的65%，其次是聚偏二氟乙烯占比16%。从长期看，受益于风电、新能源、5G基站、智能手机等领域需求快速成长拉动，含氟聚合物产品需求仍有望保持高速增长态势。
2014-2020年中国氟聚合物产量及增长率
资料来源：公开资料整理
3、下游端
燃料电池快速发展有望带来质子交换膜大量需求。随着2021年国内氢能源示范城市群落地，加之燃料电池技术突破（电堆单堆功率达100kW左右等），2021年燃料电池电堆出货量快速增长。根据数据，2021年我国车用燃料电池电堆出货量达757MV，同比2020年增长136.6%。预计随着燃料电池电堆出货量持续增长，我国质子交换膜需求有望带来爆发式增长。
2018-2021年中国燃料电池电堆出货量及增长率
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
除了燃料电池行业外，质子交换膜下游还包括氯碱行业等，而氯碱行业属于高耗能行业，因此在环保政策逐步收紧的背景下近年来相关项目的审批有所收紧，预计未来对于质子交换膜的需求增速将有所放缓。就国产化进程而言，我国国产离子膜在综合性能及价格上仍在积极追赶国外产品，氯碱行业“十三五”规划中提出国产化离子膜的行业应用率达到30%的目标，国产离子膜存在广阔的市场替代空间。
2014-2021年中国烧碱（折100%）产量及增长率
资料来源：国家统计局，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国质子交换膜行业运行态势及未来发展趋势预测报告》；
四、质子交换膜市场现状分析
就我国氢燃料电池质子交换膜现状而言，随着燃料电池产业整体快速发展，我国质子交换膜出货量快速增长。根据数据，作为质子交换膜组成的膜电极出货量从2018年的0.76万平方米增长至2020年的3.68万平方米。整体来看，目前氢能整体热度回升，行业整体认知、技术和工艺水平提升，预计我国质子交换膜出货量将持续增长。
2018-2020年中国氢燃料电池膜电极出货量及增长率
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
五、质子交换膜竞争格局
1、市场集中度
就质子交换膜竞争格局而言，全氟磺酸膜产能被国外垄断。全氟质子交换膜生产主要集中在海外，主要公司包括美国戈尔、科慕、陶氏和3M公司，比利时索尔维公司，日本旭硝子玻璃、旭化成。国内目前少数成功实现质子交换膜商业化量产的企业为东岳集团。东岳已成为继戈尔、科慕两家外国企业之后国内市场占比最大的企业，已建成全国唯一全氟酸质子膜树脂合成生产线，实现量产并批量供货。当前产品已经进入奔驰公司的供应链体系，稳定性、可靠性、寿命已经进入规模化验证中。
国内外燃料电池质子交换膜产品对比
资料来源：公开资料整理
2、国内主要企业生产现状
随着国产化质子交换膜持续推进，2021年我国质子交换膜和膜电极整体行业迎来快速发展，质子交换膜作为燃料电池的“芯片”，其国产化的重要性毋庸置疑，虽然目前价格、验证和提升产品竞争力等问题仍未得到解决，但相较于整体垄断，我国已迈出关键的第一步，另外，国产和外资企业合作也将外资先进技术带入国内（2021年6月，东岳未来和巴拉德动力系统公司签署了战略合作框架协议等），有望带动技术快速发展。
国内质子交换膜主要生产现状
资料来源：GGII，华经产业研究院整理
五、质子交换膜发展趋势
1、行业景气度提升，认知提升
2021年以来，随着氢能源行业整体产销回暖，市场景气度提升，整体产业链认知提升。从上游质子交换膜等原材料端到下游燃料电池汽车终端应用，整体应用指标越发精细，实际可操作性逐步提升，对于行业技术发展带动积极作用。同时资本对于燃料电池行业整体关注度提升，虽然完全商业化仍有较长的路要走，但工艺和技术整体进步明显，预计随着行业热度持续上升，质子交换膜作为燃料电池核心原材料需求有望迎来大幅度提升。
2、价格仍是关键影响，国产化势在必行
随着国家政策进一步推动氢能源汽车规模化应用，我国燃料电池整体需求上升，行业景气度提高，但受限于质子交换膜和膜电极组成整体成本较高，导致氢燃料汽车整体价格过高，市场需求有限，目前膜电极占比燃料电池电堆成本超一半，降本势在必行，但目前行业整体仍基本处于国外先进企业垄断，行业技术壁垒深厚，研发周期较长，预计随着国产化的推进，加之企业逐步实现规模化，单品成本或将有所下降，届时或将带动氢能源产业快速发展。
华经产业研究院对中国质子交换膜行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析，对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析，最大限度地降低企业投资风险与经营成本，提高企业竞争力；并运用多种数据分析技术，对行业发展趋势进行预测，以便企业能及时抢占市场先机；更多详细内容，请关注华经产业研究院出版的《2021-2026年中国质子交换膜市场深度分析及投资战略咨询报告》。
