燃料电池核心材料“新变局”

 

1、国产材料批量应用局面进一步打开。示范期由政府主导的氢车示范项目更强调产业链的自主化，这种情况下，国产材料的的应用进程加速。

 

质子交换膜方面，国产质子交换膜今年在部分地区的示范项目上取得了商用化的局部突破，如今年淄博市首批50辆氢燃料电池冷藏车、北京冬奥会国电投配套的氢能大巴分别批量采用了东岳未来氢能、武汉绿动的质子交换膜产品。

 

催化剂方面，今年以来，国际材料巨头加紧布局催化剂市场，国产催化剂企业也在加快推进商用进程。目前以氢电中科、深航院、南京东焱、中科科创、中自科技等为代表的催化剂企业走进客户验证，向批量化生产的方向探索。

 

气体扩散层产业化涉及制浆造纸、涂布热压、碳化石墨化等多行业领域交叉，同时对工程技术平台和公用工程平台的依赖也比较大，限制了很多企业入局，因此相对其他核心材料发展步伐整体偏慢。但通用氢能、仁丰特材等企业正走在加速追赶的路上，已为多家头部企业小量供货，逐渐打开市场应用突破口。

 

膜电极方面，当前国产膜电极已经占据了出货量的主流。以鸿基创能、唐锋能源、武汉理工氢电、擎动科技、亿氢科技为代表的企业已经助推国产膜电极进入快速发展阶段。同时车企、燃料电池企业向膜电极延伸的趋势明显（部分已经实现膜电极自产自用），潜在竞争愈发激烈。

 

2、产能布局持续加码。国内的氢燃料电池产业已迈过了早期的路线验证阶段，随着五大示范城市及中长期氢能规划政策红利的落地，市场前景进一步明确，也吸引了国内外参与企业的深入布局。

 

质子交换膜方面，东岳未来氢能150万m²质子交换膜生产线一期工程、武汉绿动华中氢能产业基地30万m²的质子交换膜生产线已正式投产，浙江汉丞已建成了年产30万m²的质子交换膜生产线，未来还将扩建至100万m²。

 

气体扩散层方面，仁丰特材150万m²/年气体扩散层GDL生产线已列入淄博市“十四五”氢能产业重大示范及山东省能源领域重点技术攻关项目，现一期50万m²产线已建成投产。

 

催化剂领域，目前国内以采购进口催化剂为主，今年国际材料巨头已经开始催化剂产能扩张的加码布局。优美科于7月宣布在中国本土投资建厂，以期分享更多的氢能市场红利。

 

膜电极方面，国产膜电极龙头鸿基创能在今年6月达成了佛山基地的投产，其广州基地加佛山基地总产能达1000万片。国际知名企业巴拉德也于今年9月宣布将在上海嘉定建立中国总部、膜电极制造工厂及研发中心，计划在未来三年投资约1.3亿美元。

 

3、向高性能、低成本和长寿命方向进阶。核心材料的技术升级，直接影响电堆的高性能、低成本和长寿命发展。今年以来，质子交换膜、气体扩散层、催化剂、膜电极等各环节技术均有所进步：

 

质子交换膜正向薄型化方向快速进阶，同时可靠性和稳定性在提升；气体扩散层的生产工艺优化一方面同样体现在薄型化方面，旨在减少传导阻力、改善电堆极化，其散热性、排水性也是下游用户越来越关注的重点；催化剂技术升级首先是阴极动力学、阻抗和质量传输造成的性能损失，以及铂载量的降低、耐久性的提升；膜电极的设计与电堆设计紧密相关，技术升级体现在功率密度要求、批量供货一致性要求、成本要求等。

 

4、向上游PEM制氢材料延伸。GGII预计，2025年国内电解水制氢设备市场需求量将超过2GW，2022-2025年中国碱性及PEM制氢设备装机规模年均复合增长率有望达到48%和126%，PEM制氢设备将迎来规模化示范应用。随着国内PEM制氢设备技术的发展，膜电极、质子交换膜、催化剂等核心材料逐步实现国产化，叠加规模化生产降本。

 

国内以鸿基创能、唐锋能源、武汉理工氢电、擎动科技、亿氢科技等为代表的膜电极企业，以东岳未来氢能、武汉绿动、科润新材料为代表的质子交换膜企业；氢电中科、中科科创等为代表的催化剂企业均已向电解水制氢催化剂领域拓展，不少企业已经完成电解水制氢材料产品的开发工作。

 

下文重点介绍部分核心材料企业在2022年的具体成绩与表现，从中可窥见当前该领域的技术水平、市场特点：

 

 

鸿基创能成立于2017年，专注于膜电极开发，在燃料电池领域，实现膜电极产业化，并协助电堆及整车厂提高燃料电池的性能，降低成本；在制氢领域，开展PEM电解水制氢膜电极的研发和产业化。

 

鸿基创能现具有自主知识产权的催化剂涂层质子膜（CCM）产品，可以满足燃料电池汽车在各种极端条件下（高温低湿、低温高湿、低温启动、频繁启停等）的运行要求；MEA膜电极产品兼顾到燃料电池车在各种工况条件下的运行要求，具有功率密度高、寿命长、成本低以及有良好的抗反极能力，初始抗反极能力超过185分钟，在满足寿命的同时，电流密度1.5A/cm²时，功率密度大于1.05W/cm²，最高可达到1.5W/cm²。

 

2021年鸿基创能实现出货107万片膜电极产品的行业纪录，位居当年国内独立第三方膜电极企业出货量首位；今年前三季度出货100万片，预计全年出货170万片，出货量依然稳居行业前列；明年的销量目标是300万片。

 

 

东岳未来氢能成立于2017年，是国内唯一实现全氟质子交换膜全产业链量产技术突破并拥有大规模供应能力的企业，燃料电池膜产品性能达到全球先进水平，致力于燃料电池用质子交换膜关键材料的生产与销售及其配套产业链的支撑。

 

目前东岳未来氢能已经构建了完整的质子膜全产业链布局。燃料电池用质子膜方面，开发了代表性产品DMR100及升级产品耐低湿质子膜DM2256B、10μm超薄复合质子膜DM2276B，产品展现出优良的性能和阻抗。在PEM电解水制氢用质子膜方面，开发了DME670(170μm)和DME6321A(120μm)质子膜产品，产品具有更高的强度、更低的质子传输阻抗以及优良的长时间运行寿命，旨在满足高功率输出的电解制氢应用需求。

 

 

仁丰特材创立于2006年，是国内领先的特种纸材料骨干生产企业，公司拥有GDL生产的自主知识产权成果：发明专利（实质审查）13项，其中树脂改性4项、微孔层涂布工艺2项、薄型化炭纸3项、其他4项；已授权发明专利2项。

 

目前仁丰特材的气体扩散层产能与国际同类先进GDL生产企业相当，主要采用湿法生产 GDL 技术，从短切碳纤维原料起，包括制浆、抄造、涂胶、热压、碳化、石墨化、疏水层涂布、微孔层涂布、烧结全链生产，卷对卷产品国内首家规模化实现，手握自主工程化设计和产线设备集成，包括丰富的在线检测、产品缺陷识别检测技术。

 

 

氢电中科是广东省高新技术企业，致力于氢能和氢燃料电池电源系统关键材料、部件开发和提供氢能应用解决方案，是广东省燃料电池汽车示范城市群核心材料催化剂重点企业。

 

目前氢电中科的铂碳催化剂已上车通过强检，经客户全面测试反馈，成本低，电化学活性面积和质量活性高，且工艺适应性强，重复性高、良品率高，铂碳催化剂批次产品的差异性小于2%；量产设备成本低。其第二代铂合金催化剂以铂碳为原材料，制备合金，所以非常方便实现合金的粒径、组分的调控，其单电池性能、长寿命测试、循环稳定性测试结果均优于国际知名产品。