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质子交换膜特别依赖质子传递功能，有时被详细应用于氢能等领域。 全氟磺酸质子膜是最主要的类别，其材料全氟磺酸树脂由PSVE单体和四氟乙烯共聚物制成，PSVE单体的制备、四氟乙烯的狩猎、树脂的包围及最终成膜等关节环球需要看到只有杜邦、旭化成、旭硝子、戈尔等少量公司掌握质子膜的损失能力。 由于朴素的燃料电池汽车和PEM制氢的增加，我凯丽钻石团队们认为他美商凯丽在日海内质子交换膜墟市有很大的发展空间。 在国产化方面，以东岳他日氢能为代表的海中企业在本领突破和质子膜量产成功后，有缘在这条赛道上加速发展。

质子交换膜：氟化工明珠，具有高技术壁垒。 质子交换膜是有机氟化工的终产物，具有特殊的质子传播功能，精细地应用于氯碱、燃料电池、电解水制氢及储能电池等领域，其损耗有很高的壁垒，主要体现在：1) PSVE单体降解具有令人骄傲的专利损伤和高本领2 )四氟乙烯单体运输困难，需要自主损失3 )全氟磺酰树脂(PFSR )的包围也能以特定难度存活； 4 )成膜难点)熔融挤出法后处理复杂，铸塑成膜法层出不穷； 5 )高机械强度和强离子交换才能摆平。

质子交换膜墟市具有很大的发展空间：在战术启动下，中国燃料电池汽车家产投入提速阶段，质子交换膜被算作氢燃料电池堆的中间物质。 我们推测1GW的燃料电池堆装机对于质子对应膜需要15.2万平方米(对于1万台燃料电池的重卡对应的质子膜需要18.3万平方米)，对于每10万台燃料电池汽车对应的质子膜墟市领域约为18.5亿元在能源组织转型的趋势下，卑鄙、多样化的利用需要不断增加海中的氢气鼓，可再生能源储存需要连续的降成本措施，PME电解干旱途径有望成为其他日子制氢墟市的整个主要组成部分。 万吨PEM制氢估算质子交换膜用量为1082平方米，每百万吨PEM制氢对应质子膜墟市空间约1.62亿元。

1 )质子交换膜损耗具有较高的本领难度，国产质子交换膜在功能及市场占有率选拔方面不尽如人意； 2 )燃料电池汽车行业繁荣无望3 )氢能财产繁荣滞后，PEM电解水制氢墟市增长无望。

质子交换膜：高能力势垒的中枢氢能物质

质子交换膜：氢能家财链的中枢物质

氢能作为一种清洁、低碳、高热、可获得性高、储存精细的绿色能源，在中国能源组织变革的历史进程中举足轻重。 随着太阳能发电和风力发电等可再生能源的繁荣，度电旧书的降低将提高电解水制氢的旧书。 绿色氢有望用于交通运输、工业、建筑业领域，质子交换膜有望用作电解水制氢和燃料电池堆的中枢物质，在墟市领域有望迅速增加。

图表1 :质子交换膜在氢能家财链中的应用场景

材料：科姆公司Nafion系列产物白皮书，中金公司论战部质子交换膜：特别是性完结质子的传播

质子交换膜(PEM )是有机氟化工家族的端产物，广泛应用于氯碱、燃料电池、电解水制氢、储能电池等领域，主要凭借其独特的质子传播功能，电极反应顺利进行。 以燃料电池质子交换膜为例，氢气鼓通过气体鼓体散布层，在阳极催化剂的影响下放空的电子变成质子，质子在PEM膜上特别向阴极传播，与氧离子反应天生生成水分子。 在特定温度和湿度下，PEM膜只传播质子，鼓体分子和其他离子不能通过。

为了完成特异性的传播和精深断绝的功能，PEM膜必须具备以下功能： 1 )高质子传导率、电导率一般应达到0.1s/cm数量级； 2 )低气鼓体渗出率，避免H2和O2在电极视平面反应引起单个过热； 3 )化学牢固性高，不易发生分解和废弃； 4 )优良的机械坚固性，在干/湿条件下优良的机械强度和粘弹性，保险永远稳健的运行和与催化剂层的良好贯彻； 5 )单独使用强水，避免个别缺水，作用质子传导。

图表2 )燃料电池中质子交换膜的行为原理

原因： polymersprotonexchangemembranefuelcells (pemfcs ) : Advances and Challenges，争议部

从组织特征看PEM膜的特异性传播

质子交换膜特别有可能经由质子，阻气绝缘体分子和其他离子，以Nafion膜为例，是四氟乙烯和全氟乙烯基醚磺酰氟(PSVE )的包围物，主链为疏水性根据Gierke等人在20世纪70年代假设的模型，Nafion膜中的离子团簇为直径约4nm的致密聚集体，水分子充满团簇内部，受到团簇中各离子的影响，聚集体通过约1 nm的通道相互连接整个过程是-SO3H中h解离，水被穿透，h解离后-S又通过静电排斥周围的h填补空地。 这是因为，在质子通过电池的阴极反应被消耗的同时，在电位差的驱动下，h在膜内从阳极向阴极移动，成为电池电路。

图表3 )质子交换膜水合形成团簇模板，质子传播的机理

原因： introductiontotransferphenomenainpemfuelcell，Bilal

Abderezzak，2018，中金公司争论部

高机器强度VS强离子调换才美商凯丽略：复合型质子膜的出生

早期的质子调换膜主要为本体(单组分)质子调换膜，由拥有质子传导性的围拢物直接成膜，按化学组成可分为全氟质子调换膜、全体氟化质子调换膜以及非氟质子调换膜。杜邦公司正在1962年研发的Nafion膜是最规范的全氟磺酸膜，其共聚单体全氟乙烯基醚磺酰氟（PSVE）的分子组织、四氟乙烯（TFE）与PSVE的比率确定了全氟磺酸树脂的围拢度，和用于质子传播的侧链磺酸基团的数目，由最终作用质子调换膜的机器机能以及离子调换才略。为了进步质子膜的离子调换才略，须要推广含有磺酸基团的侧链，不过随着分子链支化水准推广，分子间距的增大，会导致膜的抗拉强度昭著升高，所以全氟磺酸膜正在利用中面临：1）树脂分解工艺繁复；2）电导率与水分含量相干，水办理比较繁复；3）润湿境况下轻易水合，导致尺寸牢靠性较差。所以若何统筹离子调换才略以及优秀的机器机能，成为质子膜厂家中心存眷的课题。

正在没有改革分子链支化水准以及离子调换才略的基础下，每每经过以下方式进步质子膜的机器机能：1）正在碳氟主链中引入芳杂环、脂肪环等，进而增强分子链的刚性以及围拢物膜的模量，进而选拔质子膜的机器机能；2）从外部组织动手，将全氟磺酸树脂与机器机能较强的基底质料贯串，即制备复合型质子调换膜，成为了今朝的主流束缚规划，这种规划以Gore的Select膜为代表：以多孔的聚四氟乙烯为基底，浸入Nafion树脂施行制备，正在进步膜的机器强度以及尺寸牢靠性，改善溶胀机能的同时，也许昭著升高膜的厚度。

图表4：（Nafion@112）全氟磺酸质子膜以及Nafion/PTFE复合膜的机能对于比

材料起因：朱晓兵《高机能多孔聚四氟乙烯增强复合质子调换膜分解及燃料电池机能争论》，中金公司争论部

全氟磺酸树脂（PFAR）的制备拥有较高的本领壁垒

全氟磺酸树脂是质子调换膜的主要质料，由PSVE单体以及四氟乙烯共聚制成，正在其损耗的历程之中，PSVE单体的制备、四氟乙烯的猎取、树脂的围拢以及最终的成膜均有特定的本领难度。

PSVE单体分解：矜重的专利损坏以及较高的本领壁垒

全氟磺酸树脂中的侧链磺酸基团是完结质子传导的枢纽，若何制备能酸化为磺酸基的磺酰基单体PSVE是各个厂家的争论中心，因为反应条件尖刻、工艺噜苏，PSVE单体的分解代表了今生氟化工本领水平的最高水准。为了潜伏专利连累，各个厂家开垦了分歧组织的PSVE单体。

图表5：各类全氟磺酸型 PEM 组织及参数

材料起因：燃料电池用质子调换膜家产分解，赵经纬等，《江西化工》2019年第6期，中金公司争论部

注：全氟磺酸质子调换膜离子调换才略的巨细常常用离子调换当量(EW)来表征，EW是指含每摩尔离子调换基团的树脂的克数

四氟乙烯单体难以输送，需具备自主损耗才略

全氟磺酸树脂的另一主要单体四氟乙烯主要经过R22热裂解制备，因为四氟乙烯围拢速率高，轻易爆聚而孕育爆炸，对于损耗以及输送都有着较高的要求，常常难之外采而须要自主损耗，所以全氟磺酸树脂厂家常常具备齐全的氟化工家产链。

全氟磺酰树脂（PFSR）的围拢也拥有较浩劫度

全氟磺酰树脂（PFSR）常常以四氟乙烯、PSVE以及六氟丙烯颠末两元、三元以至四元共聚天生，其难点常常表示正在：1）常用的乳液围拢法因为少许磺酰氟基团会产生水解进而使得高分子链产生缔合，导致加工时呈现熔体粘度增大的状况，使得加工容易；2）乳液围拢失去的磺酰树脂平衡分子量没有高，进而升高制品膜的机器强度。正在告竣全氟磺酰树脂（PFSR）的制备后，进一步经水解酸化才华失去全氟磺酸质子膜的枢纽基体质料——全氟磺酸树脂（PFAR）。

图表6：全氟磺酸树脂的制备

材料起因：燃料电池质子调换膜总结，李婷等，《东方电气鼓鼓指摘》2015年115期，中金公司争论部

成膜的难点：熔融挤出法后处置繁复，浇铸成膜法陆续化没有足

熔融挤出法：顺应于陆续化损耗，正在损耗中没有利用溶剂，对于境况友爱，不过成膜历程难以保险产物的平整度以及相对于较高的机器强度，对付设施的要求很高。

浇铸成膜法：利用全氟磺酸树脂溶液正在立体上延流成膜，低温蒸发溶剂后失去制品膜，虽然浇铸成膜法失去的产物平整度更好、机器强度更高，不过损耗历程中利用的有机溶剂的接收以及后处置要求较为高，并且正在揭膜时难度较大，须要更多的体味以及本领的积存才华完结陆续化。

图表7：两种常见的加工成膜工艺

材料起因：氟皮相活性剂以及氟围拢物-全氟磺酸树脂以及全氟磺酸离子调换膜，窦增培等，《日用化学工业》2016年第9期，中金公司争论部

燃料电池汽车墟市启动质子膜须要加紧增添

燃料电池是一种把燃料所拥有的化学能直接变换成电能的化学安设，其优点正在于：1）经过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自在能全体变换成电能，没有受卡诺轮回效应限制，所以效用高; 2）利用燃料以及氧气鼓鼓算作材料，没有机器传动零件，电化学反应历程比较洁净，处事切实性较高。

从燃料品种来看：燃料电池也许分为氢燃料电池（RFC）以及甲醇燃料电池（DMFC)等。交通输送范畴算作他日氢能家产最有潜力的卑劣场景之一，氢燃料电池汽车则是交通输送范畴氢能的主要利用办法。氢燃料电池汽车也许无效减缓燃油车的碳排放较高带来的环保压力，而与纯电动汽车比拟，燃料电池汽车拥有续航里程长、加紧加注、高功率密度、高温煽动的本领特征，正在重载、商用范畴以及冰冷地带有着相对于更大的利用潜力。正在他日中缔交通电动化的历程当中，咱们以为氢燃料电池汽车以及纯电动汽车两种门路将互为弥补。

从电解质的类别来看：燃料电池也许分为碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、质子调换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）以及固体氧化物燃料电池（SOFC），个中PEMFC拥有较高的效用以及高温操作的特征，正在交通输送范畴上失去了大领域的利用，是今朝燃料电池的主流本领门路，根据E4tech的统计数据，2020年寰球燃料电池产量约82400套，个中PEMFC出货量约53600台机组，正在寰球出货量中占比约65%。

图表8：寰球燃料电池出货量中PEMFC占比

材料起因：E4Tech，中金公司争论部

交通输送范畴是寰球燃料电池墟市的主要增添点

燃料电池主要利用于三大范畴：1）流动范畴：是今朝燃料电池最大的利用墟市，主假如正在流动位置运行的算作主电源、备用电源大概热电联产的燃料电池，例如散布式发电及余热供热等。利用场景主要席卷商业、工业以及住房的主要以及备份发电，其余还算作利用正在航天器、偏僻景象站、大型花园及通讯基站等场景。2）便携式范畴：为笔记本电脑、手机、收音机及其他须要电源的迁徙设施供给便携能源，其余直接甲醇燃料电池（DMFC）以及质子调换膜燃料电池（PEMFC）也被利用于独立步履单元电源以及迁徙充电安设。3）交通能源范畴：席卷为乘用车、客车、叉车及其他特种车辆供给主要能源或协助能源。

连年来寰球交通输送范畴的燃料电池出货量延续加紧增添，根据E4tech的统计数据，2020年寰球交通输送范畴燃料电池出货量约20500套，2015-2020年CAGR达32%。从正在全数燃料电池出货中的占近来看，从2011年的6.5%选拔至2020年的24.9%，交通输送范畴是燃料电池墟市的主要增添点。

图表9：交通输送范畴燃料电池的出货量占比延续选拔

材料起因：E4Tech，中金公司争论部

图表10：交通输送范畴燃料电池的出货量增速昭著逾越流动式以及便携式

材料起因：E4Tech，中金公司争论部

质子调换膜是氢燃料电池电堆的当中质料

氢燃料电池汽车与传统燃油汽车比拟，异样可分为四个模块：能源系统、底盘、汽车电子系统以及车身，燃料电池汽车新增了燃料电池系统以及车载加氢系统，个中燃料电池系统是其当中组织。燃料电池电堆算作燃料电池系统的当中单元，恐怕将氢气鼓鼓的化学能转化为电能，并由电池算作协助全部启动电动机为汽车供给能源。

氢燃料电池电堆是由多个燃料电池单元以串联办法叠层配合变成，从外到内有进气鼓鼓管道、电极板、膜电极组件和蔼体散布通道四种分歧的组织单元。个中的单体电池主要由双极板以及膜电极组成，膜电极是燃料电池中电堆的当中关节，由质子调换膜、催化剂层和蔼体散布层组成。质子的影响是隔断氢气鼓鼓以及氧气鼓鼓并传播质子；催化剂层影响是升高反应的活化能，便于氧化以及恢复反应更轻易施行并且进步反应速率；气鼓鼓体散布层位于流场以及催化层之间，起到撑持催化层、牢靠机电组织并起到传质、传热以及传电的影响。质子调换膜是氢燃料电池电堆的当中质料。

图表11：PEM燃料电池能源系统以及电堆组织

材料起因：《海内外质子调换膜燃料电池枢纽质料的机能以及老本分解》，亿华通官网，中金公司争论部

战术启动，中国燃料电池汽车家产投入提速阶段

“碳达峰”以及“碳中以及”战术的推进之下，中国氢能家产投入加紧繁华阶段，燃料电池汽车产销加紧增添，2016-2019年产量CAGR到达凯丽钻石团队65%，即使2020年受疫情作用略有滑坡，但根据中汽协数据，2021年世界氢燃料电池汽车产销数据不同为1777辆以及1586辆，同比推广48.2％以及34.7％，保有量增添至约8922辆。

图表12：2016至2021年我国燃料电池车产销量及增速

材料起因：中汽协，中金公司争论部

2000年以后《对于进步燃料电池示范利用的告诉》、《新能源汽车繁华筹备（2021-2035年）》等世界性的燃料电池汽车行业扶助战术聚集出台，清爽了国家对付家产繁华的支柱立场，2022年3月国家发改委揭晓《氢能家产繁华中永恒筹备（2021-2035 年）》，清爽了氢能正在能源绿色低碳转型中的策略定位、繁华目的、中心义务等，提出了氢能改革编制、根底办法、多元利用、战术保险等方面的全部筹备，并清爽提到有序引荐交通范畴示范利用，中心推进氢燃料电池中重型车辆的利用，有序拓展客车、货车墟市利用空间，建立燃料电池汽车与纯电动汽车的互补繁华模式。咱们以为重卡因为对于续航的寻求，是氢燃料汽车较优的落地挑选；同时，客车因为大多由地点当局等地洽购，正在战术支柱下，也有望较快选拔氢燃料客车的保有量水平。远端来看，根据中金汽车组的瞻望，海内燃料电池车销量正在2025年有望到达10.30万辆，保有量正在2025年有望到达24.75万辆。

图表13：中国燃料电池车销量预计（中性场景）

材料起因：中汽协，中金公司争论部

图表14：中国燃料电池车保有量预计（中性场景）

材料起因：中汽协，中金公司争论部

海内燃料电池质子膜墟市领域有望达18.5-55.9亿元

3月23日国家发改委、国家能源局毗连印发《氢能家产繁华中永恒筹备（2021-2035年）》，提出到2025年，变成比较完满的氢能家产繁华制度战术境况，家产改革才略昭著进步，根底掌握当中本领以及建造工艺，发端建立比较齐全的供应链以及家产编制。燃料电池车辆保有量约5万辆，摆设修建一批加氢站。咱们不同假定了2025年后电池汽车销量到达10.3万辆以及29.12万辆两种场景。其他假定以下：

1）  根据2021年9月颁布的《新能源汽车扩张利用引荐车型名目》中收录的各类燃料电池车的型号信息，咱们假定重卡（牵引车）燃料电池策动机的额外功率为110~130kW；中型微卡（席卷厢式输送车、废物车等）燃料电池策动机的额外功率为110~120kW；（都会）客车燃料电池策动机的额外功率为60~80kW；乘用车燃料电池策动机的额外功率为50~70kW。并假定各个车型连年功率规格维持没有变。

2）  根据美国能源部燃料电池电堆效用以及质子调换膜膜能源密度数据，假定燃料电池电堆MEA能源密度为1.24w/cm2，电堆效用为52%。

3）  假定质子膜的单价为1500元/平米并维持牢靠。

咱们测算1GW燃料电池电堆装机对于应质子膜须要15.2万平方米（对于应1万辆重卡的质子膜须要18.3万平方米），场景一下假定海内燃料电池车销量达10.30万辆/年，对付质子调换膜的总须要量将有望到达123.1万平方米，对于应墟市领域有望到达18.5亿元。场景二下假定海内燃料电池车销量达29.12万辆/年，对付质子调换膜的总须要量将有望到达372.8万平方米，对于应墟市领域有望到达55.9亿元。

图表15：燃料电池车行业质子调换膜须要空间测算

材料起因：中汽协，万得资讯，美国能源部秘密数据，中金公司争论部

注：重卡、中型微卡、客车以及乘用车的销量假定参考中金汽车组预计

PEM电解水制氢是质子膜另一主要利用范畴

多元化利用将启动氢气鼓鼓须要延续增添

根据国际能源署（IEA）数据，2019年寰球氢气鼓鼓产量约为7000万吨/年，卑劣破费方向以煤油炼制、化工材料为主。个中化学工业利用占比66%，席卷分解氨、甲醇、尼龙材料、聚氨酯材料、盐酸、过氧化氢等，煤油炼制利用占比26%，席卷煤油加氢裂化、加氢处置等，金属以及玻璃范畴利用占比7%。根据中国氢能联盟以及煤油化学筹备院的数据，2020年中国氢气鼓鼓产量约3342万吨，是寰球最大的氢气鼓鼓损耗国以及破费国。从氢气鼓鼓起因来看，海内煤制氢产量最大，占比约63.54%，其次为工业副产氢以及自然气鼓鼓制氢，占比不同为21.18%以及13.76%。

图表16：2019年寰球氢气鼓鼓的主要起因及用途

材料起因：E4Tech，中金公司争论部

根据《氢能家产繁华中永恒筹备（2021-2035年）》，清爽了氢的能源属性，是他日国家能源编制的组成全体。根据《筹备》清爽的繁华目的，到2035年变成氢能家产编制，构建涵盖交通、储能、工业等范畴的多元氢能利用生态。可更生能源制氢正在终端能源破费中的比重分明选拔，对于能源绿色转型繁华起到主要撑持影响。

图表17：“十四五”时代氢能家产改革利用示范工程

材料起因：《氢能家产繁华中永恒筹备（2021-2035年）》，中金公司争论部

预测他日，咱们以为：1）交通范畴：氢燃料电池中重型车辆仍是繁华中心，可更好发扬氢气鼓鼓能量密度更高的个性并选拔经济性，进而构建燃料电池汽车与锂电池汽车的互补繁华模式。2）储能范畴：氢能可发扬其调治周期长、储能容量大的劣势，利用于可更生能源消纳、电网调峰等场景。3）发电范畴：氢能将正在热电联供、备用电源、发电调峰、微电网等范畴失去多元化的利用， 4）工业范畴咱们以为随氢能老本延续下降，和新本领利用的渐渐渗出，咱们预期氢能正在冶炼和石化化工行业范畴的破费量将延续加紧增添。根据中国氢能联盟预计，十年内海内氢气鼓鼓须要量有望增添至3715万吨。

可更生能源消纳+延续降本，电解水制氢占比有望昭著选拔

电解水制氢是可更生能源消纳的无效办法

海内风电以及光伏行业维持了较快的增添，2021年总计新增装机领域到达1.025亿千瓦，世界风电、光伏累计发电量 9785 亿千瓦时，同比增添35.0%，风电、光伏发电量占全社会用电量的比重首次攻破10%，到达11.7%。根据国家能源局《2022年能源处事疏导观点》要求，将连续大力繁华风电光伏，风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重选拔到12.2%上下。

图表18：海内风电以及光伏累计装机量延续增添

材料起因：万得资讯，中金公司争论部

可更生能源消纳生存固有的间隙性、随机与稳定性的特征，现阶段电力系统的调峰才略没法满意其消纳，导致了弃风、弃光、弃水等征象。根据全消纳监测预警焦点数据，2021年世界弃风电量206.1亿千瓦时，风电运用率96.9%，同比选拔0.4个百分点；弃光电量67.8亿千瓦时，光伏发电运用率97.9%，同比根底持平，新能源消纳运用水平仍有选拔空间。氢能算作完结可更生能源大领域、跨节令保存及输送的规划，咱们以为有望成为消纳可更生能源弃电的无效办法，根据今朝弃电量测算，咱们瞻望可用于电解水制氢55万吨/年。

图表19：2021年弃风率以及弃光率稳定

材料起因：世界新能源消纳监测预警焦点，中金公司争论部

电解水制氢老本有望延续下降

咱们测算今朝海内可更生能源电解水制氢老本逾越20元/kg，远高于煤制氢8-10元/kg以及工业副产氢约10元/kg的损耗老本。所以今朝海内制氢仍以化石制氢及工业副产氢为主，2021年海内化石制氢以及工业副产氢占比不同达72％以及28％，电解水制氢仅有少许示范利用。

图表20：光伏电解水制氢及化石能源制氢老本较为

材料起因：煤制氢与自然气鼓鼓制氢老本分解及繁华提议，张彩丽，《煤油炼制与化工》2018年第1期，中金公司争论部

远期来看，电解水制氢老本有望受害于：1）领域化：今朝电解槽制氢安设集体较小，经过将多电解槽堆配合以推广系统大伙容量可无效升高系统单元本钱付出；同时建造真个领域化损耗亦可完结电解槽老本的下降；2）本领前进：根据美国能源部预计，PEM膜电极能源密度（单元功率所需的膜电极面积）正在2025年将到达55KW/m2，2030年有望到达65KW/m2，膜电极能源密度的进步，也许无效地削减膜的利用量进而升高设施老本。其余随着PEM水电解安设的当中质料质子调换膜的国产化，电解槽的设施老本有望昭著下降。3）可更生能源度电老本延续下降：咱们瞻望2025年后可更生能源电价有望下降至0.2元/kWh以下，电解水制氢老本正在2030年有望下降至约10元/kWh，并正在2040年前完结与煤制氢老本平价。

图表21：光伏电解水制氢与自然气鼓鼓制氢老本较为

材料起因：煤制氢与自然气鼓鼓制氢老本分解及繁华提议，张彩丽，《煤油炼制与化工》2018年第1期，中金公司争论部

图表22：风电电解水制氢与自然气鼓鼓制氢老本较为

材料起因：煤制氢与自然气鼓鼓制氢老本分解及繁华提议，张彩丽，《煤油炼制与化工》2018年第1期，中金公司争论部

PEM有望成为主流的电解水制氢门路

根据电解槽隔膜质料的分歧，电解水制氢也许分为质子调换膜（PEM）水电解、碱性阴离子调换膜（AEM）水电解、碱性水电解（ALK）和低温固体氧化物（SOEC）水电解等门路。个中，AEM制氢本领幼稚度低、领域小，今朝处正在商业化前期；SOEC制氢本领具备无需利用贵金属催化剂、效用高的优点，不过煽动慢、衰减快，今朝处正在争论繁华阶段；ALK制氢本领具备老本低、产氢领域大、本领幼稚度低等优点，是今朝利用最精深的制氢本领，不过生存负荷调治幅度小、煽动反映慢、须要碱液处置等工艺，所以没有顺应陆续性差、稳定性大的景色水电等可更生能源电力的水电解制氢储能；PEM制氢本领具备煽动速率快、负荷调治幅度大、氢气鼓鼓产物压力高，也许完结稳定性较大的电力调峰运行和对于弃电资源的充分运用，是比较顺应景色水电等可更生能源电解水制氢的门路。

图表23：水电解制氢本领对于比

材料起因：质子调换膜（PEM）水电解制氢本领掘起及利用远景，米万良等，《煤油炼制与化工》2021年第10期，中金公司争论部

电解水制氢质子膜以及燃料电池膜的分裂：二者同为利用全氟磺酸树脂材料，区分主要正在于电解水用的是均质膜，无需颠末增强的处置，而对付燃料电池的质子调换膜，须要利用ePTFE施行增强，正在ePTFE基膜上施行全氟磺酸树脂的涂覆。利用真个须要确定了二者的差异，电解水是单侧通水，两侧产气鼓鼓体，因为氢气鼓鼓以及氧气鼓鼓两侧产宇量没有一律，导致两侧有特定的压差，对于质子膜的耐压强度有较高的要求，而且正在较高的压差之下，要求氢气鼓鼓以及氧气鼓鼓的互串没有能太重要，正在最终失去的气鼓鼓体中，要求氢气鼓鼓中的氧含量、氧气鼓鼓中的氢含量尽大概的低，因而电解水用质子膜相对于较厚。

今朝碱性电解水制氢仍是主流以及充分家产化的电解水制氢门路，低廉的组件以及质料老本则成为限制PEM电解槽扩张的闭塞，随着PEM当中零零件及质子膜等枢纽质料的国产代替，咱们瞻望正在他日电解水制氢墟市的占比有望延续选拔。

图表24：PEM电解槽老本拆分（2019年测算）

材料起因：IRENA，中金公司争论部

图表25：多槽电解槽系统有望升高电解槽的本钱付出

材料起因：IRENA，中金公司争论部

海内PEM制氢用质子调换膜墟市领域有望达6.0-18.1亿元

咱们假定海内氢气鼓鼓须要量为3715万吨，正在束缚/中性/悲观三种场景下，假定PEM电解水制氢渗出率不同为10% / 20% / 30%，并对于墟凯丽环球市空间施行测算。其他假定条件：1）根据美国能源部颁布的历年的水电解制氢的系统效力以及电解槽效力，咱们瞻望系统效力将维持45kW/kgH2的水平，电解槽效用正在70%~82%之间；2）根据煤油化工迷信争论院正在《质子调换膜（PEM）水电解制氢本领掘起及利用远景》中统计的2019年的数据，电解槽膜电极的能源密度约为4W/cm2。咱们瞻望随着氢能墟市逐渐从繁华初期投入加紧繁华期，质子调换膜的制备工艺将进一步优化，膜电极能源密度到达6.5 W/cm2。

图表26：PEM制氢质子调换膜墟市空间测算

材料起因：质子调换膜（PEM）水电解制氢本领掘起及利用远景，米万良，《煤油炼制与化工》，2021年第52卷第10期，中金公司争论部

咱们测算1万吨PEM制氢对于应质子调换膜用量1082平方米，束缚场景下，假定电解水制氢渗出率达10%，PEM制氢量有望达372万吨，对于应质子调换膜须要有望达40.2万平方米，墟市空间有望达6.0亿元。悲观场景下，假定电解水制氢渗出率达30%，则海内PME制氢产量达1115万吨，对于应质子调换膜须要有望达121万平方米，墟市空间有望达18亿元。

海内质子膜企业仍侵夺行业跨越职位

戈尔：质子膜与燃料电池膜电极组件的跨越者

戈尔公司创制于1958年，是一家埋头于研发以及产物改革的本领启动型公司，并以其防水透气鼓鼓型GORE-TEX面料著名于世。戈尔的产物触及范畴比较精深，从高机能纤维以及植入式疗养设施，到工业零件以及太空电子产物，多少乎都有其产物的利用。

正在燃料电池汽车家产，戈尔不断是主要供应商，没有仅损耗了第一款商用膜电极组件（MEA），并姑且1994年以后始终努力于进步燃料电池汽车用质子调换膜的机能。到2021年公司已损耗了累计数百万平方米的质子调换膜及膜电极产物，利用于逾越4万辆燃料电池汽车，涵盖100多款分歧车型。2014年，丰田公司推出第一代MIRAI，开放了燃料电池汽车的新阶段，GORE-SELECT质子调换膜正在第一代MIRAI中就一经是其燃料电池组的当中质料。今朝增强版GORE-SELECT质子调换膜为第二代MIRAI完结了更优秀的机能，新一代MIRAI的最大燃料电池输出功率为128千瓦，燃料效用为152千米/公斤氢气鼓鼓，大幅选拔了续航里程。个中GORE-SELECT质子膜的改革攻破是新一代MIRAI机能得以选拔的枢纽，膜厚度削减了30%，并大幅升高质子传导阻力，升高欧姆极化，选拔水汽传导才略，进而大幅进步了电堆的运行机能以及燃料效用，其余全新的强化层本领也昭著增强了膜的机器持久性。

戈尔凭仗专属膨体聚四氟乙烯的专属增强膜本领，损耗了超薄、耐用、高功率密度的质子膜产物，今朝GORE-SELECT质子调换膜一经正在丰田MIRA一代二代、今生NEXO、本田CLARITY、上汽FCV，以及漫溢商用车、货车、重卡等量产燃料电池车型中失去精深利用，正在寰球燃料电池墟市拥有大全体墟市份额。正在产物以及产能方面，戈尔正在日本冈山设珍稀百万平米级其余陆续损耗线，以先辈工艺研发匆匆进GORE-SELECT®质子调换膜的加紧损耗，并经过延续工艺革新以及制程把控来完结多量量损耗委托，年出货量超百万平米，并正在逐年递增中。

科慕（Chemours）：Nafion系列膜的开辟者

科慕建立于杜邦公司的高机能化学品生意平台，于2015年7月从杜邦公司拆分，成为正在美国纽约证券买卖所独立上市的公司。科慕主要筹备钛白科技、氟产物、寻常化学品3大当中生意，拥有多个寰球有名的品牌，如：Ti-Pure（淳泰钛白粉），Opteon（欧特昂制冷剂），Freon（氟利昂制冷剂），Krytox（光滑剂），Nafion（膜及乳液产物），Teflon（特富龙），Viton（氟橡胶）等。

从杜邦创造质子调换膜算起，科慕正在质子调换膜范畴莳植一经有50多年，其Nafion膜自从创造以来，不断是氯碱工业的首选，并正在以来变成了品种丰硕的Nafion 系列产物，很好地满意了储能、制氢、燃料电池和各类电解工艺等分歧范畴的利用须要。因为科慕Nafion 系列膜厚度均正在20微米以上（挤出膜以及氯碱膜以至逾越100微米），进而具备较好的机器强度、持久性和牢靠性，恐怕更好方单合电解水以及氯碱工业等大型电解工艺的须要，并且相对于较厚的膜产物对于损耗设施以及本领人员的要求相对于较低，进而恐怕经过陆续化、主动化本领升高损耗老本。正在寰球燃料电池汽车仓卒繁华的背景下，科慕也推出了恐怕选拔燃料电池机能的新式Nafion NC700膜，并等待恐怕抓住燃料电池不停兴起的繁华机遇。

图表27：Nafion 磺酸膜系列产物

材料起因：Chermous官网，中金公司争论部

旭化成：市占率天下第一的离子调换膜损耗商

旭化成团体是制造于1922年的寰球大型分析化工企业团体，颠末近百年的繁华，变成了纺织、化学、电子质料组成的“质料”生意；住房、建材组成的“住房”生意；医药、疗养、救助组成的“强健”生意这三大板块的损耗经营收集。

氯碱离子膜市占率天下第一：公司离子调换膜产物自1975年出售以后，用时40年以上、拥有漫溢的业绩与精良机能，广受客户信任。至2020年11月、离子调换膜法食盐电解工艺的积聚订货量攻破3,000万吨，正在29个国家的146个工厂失去选择，墟市占有率天下第一。公司正在2021年5月揭晓的筹备状况阐明会的讲述中提出，要充散发挥企业正在氯碱离子膜墟市上的劣势，将经过氯碱电解所积存的电解槽、膜和电极等当中本领贯串正在一统，供给水电解制氢的系统化束缚规划。

海内质子膜企业有望完结弯道超车

战术启动下中国燃料电池汽车家产投入提速阶段，质子调换膜算作氢燃料电池电堆的当中质料，咱们测算1GW燃料电池电堆装机对于应质子膜须要15.2万平方米（对于应1万辆燃料电池重卡的质子膜须要约18.3万平方米），每10万辆燃料电池汽车对于应的质子膜墟市领域约18.5亿元；能源组织转型趋势下，卑劣多元化的利用将启动海内氢气鼓鼓须要延续增添，可更生能源消纳须要叠加延续降本驱策，PME电解旱路线有望成为他日制氢墟市的主要组成全体，咱们测算1万吨PEM制氢对于应质子调换膜用量1082平方米，每100万吨PEM制氢对于应的质子膜墟市空间约1.62亿元。远期看海内质子调换膜墟市有较大的发展空间，海内质子膜企业有望完结对于海内企业的弯道超车。

东岳他日氢能（未上市）

公司创制于2017年，主交易务是氟化工家产链卑劣高端含氟精巧化学品，席卷高机能燃料电池膜、高机能含氟围拢物等。公司母公司东岳团体凭仗正在氟化工范畴的细密积存，是海内最早结构质子调换膜的企业，公司150万平米燃料电池膜一期项目一经正在2020年年尾正式投产，成为海内首家完结燃料电池质子膜领域化量产的公司，与巴拉德、、重塑等海内外燃料电池企业进展利用单干，并成为海内仅有一家同时投入五大燃料电池汽车示范都会群的企业。

图表28：东岳团体氢能质料繁华历程

材料起因：公司通告，中金公司争论部

图表29：东岳他日氢能质子调换膜已与海内先辈程度比较凑近

材料起因：擎动科技《燃料电池质子调换膜本领特征及行业款式》，中金公司争论部

图表30：东岳他日氢能公司150万平方米燃料电池膜及配套化学品家产化项目筹备

材料起因：东岳他日氢能环评讲述，中金公司争论部

科润新质料（未上市）

公司创制于2019年，开创人拥有近10年的全氟离子膜与质子调换膜研发建造体味。公司颠末十多年科研攻关，束缚了我国钒液流储能电池以及氢燃料电池范畴的当中膜质料难题，完结了全氟磺酸质子膜的国产自主化，是海内今朝仅有一家恐怕批量损耗钒液流电池用全氟质子调换膜的企业，以及小量批量损耗氢燃料电池用质子调换膜的企业之一。公司今朝拥有海内首家钢带流延法全氟离子膜损耗线3条，可年产全氟离子膜30万平米，燃料电池用质子调换膜10万平米。公司讨论100万平米质子调换膜项目瞻望将于2023年4月建成投产，全数投产后氢燃料电池、电解水制氢、钒电池用质子调换膜全系列产物产能将到达100万平米/年。

国电投氢能（未上市）

2021年12月公司30万平方米质子调换膜损耗线建成投产，该损耗线是海内首条全自主可控的质子调换膜损耗线，各个关节以及枢纽零零件均自主研产生产，产线可损耗厚度从8微米到20微米的质子调换膜。损耗出的质子调换膜与海内外同类竞品比拟，其正在质子电导率、气鼓鼓体渗出率（H2）、机器强度等方面均异常或优于海外同类竞品，国家电投讨论到2024年前华中氢能家产基地变成年产10万平方米质子调换膜、1万套燃料电池电堆以及5000套电池能源系统的产能。

告急提醒

1）质子调换膜的损耗有较高的本领难度，国产质子调换膜正在机能以及市占率选拔方面没有及预期；2）燃料电池汽车行业繁华没有及预期；3）氢能家产繁华迟缓导致PEM电解水制氢墟市增添没有及预期；4）氯碱离子膜的国产化里程没有及预期。

本文摘自：2022年5月16日一经揭晓的《新能源质料系列（七）：质子调换膜——受害氢能繁华的氟化工明珠》

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