質(zhì)子交換膜行業(yè)蓬勃發(fā)展

1、目錄3一氫能迎發(fā)展新機(jī)遇，PEM膜將成核心組件二下游需求持續(xù)增長，PEM膜未來市場增量可期三建議關(guān)注四風(fēng)險提示1. 氫能迎發(fā)展新機(jī)遇，PEM膜將成核心組件1.1 碳中和背景下，氫能將迎發(fā)展新機(jī)遇2020年9月，我國提出碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，而目前碳基能源仍是我國能源結(jié)構(gòu)的主體，化石能源 消費(fèi)占比達(dá)85.1 。因此，在雙碳戰(zhàn)略背景下，必須進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動能源結(jié)構(gòu)向深度脫碳轉(zhuǎn)型。在這過程中，氫能由于其獨(dú)有的特性，將發(fā)揮重要作用，同時也將迎來發(fā)展新機(jī)遇。1.2 可再生能源電解制氫將是未來主要趨勢氫是二次能源，目前主要通過化石能源重整、工業(yè)副產(chǎn)和電解水三種方式生產(chǎn)。可再生能源電 解制氫由于制備流程低

2、碳環(huán)保，可助力可再生能源跨地域和跨季節(jié)優(yōu)化配置，以及促進(jìn)電力與 建筑、交通運(yùn)輸和工業(yè)之間的互連，將是未來主要趨勢。同時，隨著氫氣大規(guī)模長期存儲問題 的解決和制備成本的不斷下降，可再生能源電解技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。1.3 PEM電解技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢，質(zhì)子交換膜為核心組件PEM電解水技術(shù)由于具備快速啟停、負(fù)載范圍寬等優(yōu)勢，近年得到越來越多新建項(xiàng)目的選擇。而質(zhì)子交換膜作為電解槽的核心組件，不僅起到傳導(dǎo)質(zhì)子、隔離氫氣和氧氣的作用，還為催化劑 提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命，在整個設(shè)備中至關(guān)重要。451.1 碳中和背景下，氫能將迎來發(fā)展新機(jī)遇2020年9月22日，我國在第七十五屆聯(lián)

3、合國大會一般性辯論上提出在2030年之前實(shí)現(xiàn)二氧化碳 排放達(dá)峰，到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。而目前碳基能源仍是我國能源結(jié)構(gòu)主體，化石能源消 費(fèi)占比達(dá)85.1 ，其中煤炭占比高達(dá)57.6 。因此，在雙碳戰(zhàn)略背景下，必須進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào) 整，推動能源結(jié)構(gòu)向深度脫碳轉(zhuǎn)型，而在這過程中，氫能由于其獨(dú)有特性，將發(fā)揮重要作用。首先，氫能是一種可再生綠色能源，應(yīng)用范圍廣泛，無論是燃燒還是通過燃料電池化學(xué)反 應(yīng)，最終產(chǎn)物只有水，真正實(shí)現(xiàn)低碳甚至零排放。其次，氫能具有高能量密度和高能量轉(zhuǎn)化率，相較于汽油和天然氣等傳統(tǒng)燃料，相同質(zhì)量的氫氣可以在應(yīng)用中釋放更多的能量，具有極高的效率。同時，氫能可以與可再生能源進(jìn)行有效

4、結(jié)合，通過電解水技術(shù)有效解決目前存在的可再生 電力供應(yīng)和用電需求時間不匹配的問題，實(shí)現(xiàn)可再生能源跨地域和跨季節(jié)的優(yōu)化配置，提高可再生能源的利用率以及電力系統(tǒng)的靈活性。在化工生產(chǎn)過程中，還可通過外部增加清潔綠氫的供給，有效解決化工工藝過程中碳排放 的問題。氫能還可以促進(jìn)電力與建筑、交通運(yùn)輸和工業(yè)之間的互連，通過氫氣作為載體，將大量可 再生能源轉(zhuǎn)移到建筑、交通、工業(yè)等高排放部門，實(shí)現(xiàn)深度脫碳。因此，我們方正化工認(rèn)為，在執(zhí)行碳中和碳達(dá)峰的背景下，氫能將迎來發(fā)展新機(jī)遇。資料來源：DOE，方正證券研究所61.1 氫能清潔環(huán)保且應(yīng)用范圍廣泛氫能是一種儲量豐富、可再生的綠色能源。不論是通過燃燒，還是通過燃料

5、電池的電化學(xué)反 應(yīng)，其最終產(chǎn)物只有水，不會帶來二氧化碳和污染物的排放，清潔環(huán)保。同時，最終產(chǎn)物水 可以通過電解技術(shù)，再生產(chǎn)制氫反復(fù)循環(huán)使用，真正實(shí)現(xiàn)低碳甚至零排放。氫應(yīng)用范圍廣泛，可廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、電力、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域。既可以為鋼鐵、化學(xué)品生 產(chǎn)等提供綠色原料和高品質(zhì)熱源，也可以通過燃料電池的形式為交通運(yùn)輸工具提供燃料。圖表1：氫能應(yīng)用范圍廣泛71.1 氫能具有高能量密度和能量轉(zhuǎn)化率氫能具有較高的熱值水平。據(jù)中國氫能聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)燃料汽油蒸汽和天然氣的能 量密度分別為44MJ/Kg和42MJ/Kg，而氫氣能量密度高達(dá)143MJ/Kg，是汽油蒸汽和天然氣的 3倍。同時，氫能具有較高的能量轉(zhuǎn)

6、化率，通過燃料電池氫能可以實(shí)現(xiàn)90 以上的綜合轉(zhuǎn)化率。 圖表2：氫氣能量密度是汽油蒸汽和天然氣的三倍資料來源：中國氫能聯(lián)盟，方正證券研究所技術(shù)指標(biāo)氫氣汽油蒸汽天然氣爆炸極限（ ）4.1-7.51.4-7.65.3-15燃燒點(diǎn)能量（MJ）0.020.20.29擴(kuò)散系數(shù)（m2/s）6.1110-50.5510-51.6110-5能量密度（MJ/Kg）143444281.1 氫能可以有效提升可再生能源利用率資料來源：國家統(tǒng)計(jì)局，方正證券研究所氫能還可以有效提升水力、光伏、風(fēng)電等可再生能源的利用率，并與電力系統(tǒng)互補(bǔ)協(xié)同。由于自然因素，可再生能源發(fā)電呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性，因此可再生電力供應(yīng)和用電需求經(jīng)常出現(xiàn)

7、時間不匹配的問題。通過電解水技術(shù)，在電力供應(yīng)較大、需求疲弱時，將電能轉(zhuǎn)化為可存 儲的氫能；在需求增長時用氫能發(fā)電，這樣顯著解決了余電存儲的問題，也可以有效提升可 再生能源的利用率。同時，中長期看，氫氣或成為遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源的一種方式，特別是在電網(wǎng)容量不足或者電網(wǎng)建設(shè)難度大成本高的情況。比如海上風(fēng)力發(fā)電，可以將電能利用電解水裝置在 海上轉(zhuǎn)化為氫氣，通過已有或新建管道輸送到岸上，從而避免高成本海底電纜的鋪設(shè)。圖表3：我國可再生能源發(fā)電呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性資料來源：淺談煤制甲醇合成裝置節(jié)能減排措施，方正證券研究所91.1 氫能可以解決化工工藝過程中碳排放問題氫氣還可以有效解決化工工藝過程中二氧

8、化碳過多排放的問題。化工工藝流程碳排放主要來自兩個部分，一部分是外部耗能所帶來的間接排放（燃料燃燒、 電力供應(yīng)），以煤制甲醇為例，生產(chǎn)每噸甲醇，因外部能耗約帶來間接碳排放1.51噸。另一部分是生產(chǎn)工藝自身所產(chǎn)生的碳排放，煤制甲醇碳排放主要來自變換、凈化工藝環(huán)節(jié)， 生產(chǎn)每噸甲醇約排放2.14噸二氧化碳。而生產(chǎn)工藝自身產(chǎn)生的這部分二氧化碳可以通過增 氫來減少排放。圖表4：甲醇生產(chǎn)工藝碳排放主要來自兩個部分資料來源：煤制甲醇工藝分析，方正證券研究所101.1 增氫可有效減少化工工藝過程中碳排放以煤制甲醇為例，煤制甲醇生產(chǎn)時所需的H2：CO為2：1，而煤的碳含量較高，氣化后主要 成分是CO，H2含量則

9、較少。因此需要通過變換工藝，將多余的CO與H2O反應(yīng)，生成甲醇生 產(chǎn)所需的H2，將碳?xì)湔{(diào)至合理比例。而變換工藝另一個產(chǎn)物是CO2，這也是煤制甲醇生產(chǎn) 中碳排放的主要來源。而如果通過外部供給低碳環(huán)保的綠氫，直接將碳?xì)湔{(diào)至生產(chǎn)所需比例，不僅可以避免煤 制甲醇工藝中的變換工藝環(huán)節(jié)，減少相應(yīng)的二氧化碳排放，還可讓更多的CO直接用于甲 醇的生產(chǎn)中，有效提升碳的利用率。除煤制甲醇外，煤制合成氨等眾多化工工藝都可通過 外部增加氫氣供給的方式，有效減少整個生產(chǎn)過程中的二氧化碳排放。圖表5：外部增氫可避免煤制甲醇變換工藝環(huán)節(jié)111.1 國內(nèi)氫能發(fā)展?jié)摿薮筚Y料來源：BP，方正證券研究所資料來源：Wind，方正證

10、券研究所我國能源結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了國內(nèi)氫能未來發(fā)展?jié)摿薮?。一方面，化石能源仍是我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的主體，占比達(dá)85.1 ，其中煤炭消費(fèi)占比達(dá)57.6 ， 化石能源大量使用也導(dǎo)致了碳排放居高不下。因此，雙碳戰(zhàn)略下，能源結(jié)構(gòu)亟需低碳化轉(zhuǎn)型。另一方面，我國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“缺油、少氣”的特點(diǎn)，石油和天然氣對外依存度高，且一直處 于上升的趨勢。而與此同時，我國可再生資源品種齊全，儲量豐富。因此，氫能作為清潔能源，其零碳排放性質(zhì)，不僅可以成為我國能源結(jié)構(gòu)低碳轉(zhuǎn)型中的主要方 向；同時，氫能作為可再生能源的載體，可以將我國豐富的可再生能源引導(dǎo)流向建筑、交通、 工業(yè)等多個應(yīng)用部門，減少對原油天然氣的依賴度，解決

11、能源安全問題。 圖表6：2019年化石能源占我國一次能源消費(fèi)85.1 圖表7：我國原油、天然氣對外依存度持續(xù)增長 資料來源：煤氣化制氫新技術(shù)的探討，方正證券 研究所資料來源：天然氣蒸汽重整制氫技術(shù)研究現(xiàn)狀， 方正證券研究所121.2 煤制氫在我國占據(jù)主導(dǎo)位置氫是二次能源，地球上沒有天然的氫氣，目前主要通過三種較為成熟的路線制取。一是以煤炭、天然氣等傳統(tǒng)化石能源生產(chǎn)氫氣，這也是目前全球制氫最為成熟的技術(shù)路線。 天然氣制氫技術(shù)中，重整制氫較為成熟，其工藝主要有重整、變換、脫碳三個步驟，重整是 強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此整個制氫過程能耗較高，且產(chǎn)生較多碳排放。目前全球48 的氫氣生產(chǎn)來自 天然氣。而我國由于煤

12、炭資源豐富，目前62 的氫氣生產(chǎn)來自煤炭。煤炭制氫主要工藝是將煤炭通過煤 氣化技術(shù)轉(zhuǎn)化為合成氣，再通過變換和分離提純獲得高純度的氫氣，煤氣化制氫整個工藝流 程同樣是能耗較高，并產(chǎn)生較多二氧化碳。 圖表8：天然氣重整制氫工藝主要流程 圖表9：煤氣化制氫工藝主要流程資料來源：德勤白皮書：氫能源及燃料電池交通解決方 案，方正證券研究所131.2 煤制氫在我國占據(jù)主導(dǎo)位置資料來源：德勤白皮書：氫能源及燃料電池交通解決方 案，方正證券研究所二是以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)制氫，提純利用這些副產(chǎn)氫氣，不 僅可以提高資源利用率，還可以為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。三是電解水制氫，目前在我國

13、，電解水年制氫量約占?xì)錃饪偖a(chǎn)量的4 。而由于電解水制氫， 特別是可再生能源電解制氫具有綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活、純度高等特點(diǎn)，未來發(fā)展空間巨大。 圖表10：全球純氫生產(chǎn)原料主要以天然氣為主 圖表11：全球純氫生產(chǎn)原料主要以天然氣為主141.2 傳統(tǒng)化石能源制氫技術(shù)碳排放較高資料來源：中國氫能聯(lián)盟，碳中和目標(biāo)下制氫關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展前景綜述，方正證券研究所成本和碳排放方面，煤制氫和天然氣制氫由于工藝成熟、應(yīng)用規(guī)模大，目前具有較低生產(chǎn)成 本，而其碳排放也是眾多技術(shù)中最高的，因此這兩種制氫技術(shù)也被稱為“灰氫”。為有效解決化石能源制氫碳排放高的問題，目前開始嘗試將化石能源制氫與碳捕集利用技術(shù)（CCS）相結(jié)合

14、，即“藍(lán)氫”。主要是在化石能源傳統(tǒng)制氫工藝之后，增加碳捕捉環(huán)節(jié)，將產(chǎn) 生的二氧化碳進(jìn)行捕捉、封存和利用，有效減少整個過程的碳排放。由于國內(nèi)CCS技術(shù)還處于 探索示范階段，因此成本相對較高，待這項(xiàng)技術(shù)成熟及大規(guī)模應(yīng)用，有望推動成本下降。傳統(tǒng)電解水制氫由于使用的電力主要來自電網(wǎng)的火力發(fā)電，且生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生能耗損失， 因此整個生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放甚至比化石能源直接重整制氫還高。而可再生能源電解制氫 技術(shù)，由于所用電力來自水風(fēng)光等清潔能源，因此全流程碳排放最少，也被稱為“綠氫”。 圖表12：可再生能源電解制氫技術(shù)擁有最低的碳排放制氫技術(shù)制氫成本（元/Kg）碳排放（Kg CO2/Kg）技術(shù)成熟度煤制氫

15、922-35成熟煤制氫+CCUS15-182-7示范論證天然氣重整制氫15-2310-16成熟天然氣重整制氫+CCUS18-271-6示范論證工業(yè)副產(chǎn)制氫10-16成熟傳統(tǒng)電解水制氫23（谷電）33.75-43.41成熟可再生能源電解水制氫（ALK技術(shù)）22.9-27.70.4-0.5成熟151.2 可再生能源電解制氫將是未來主要趨勢資料來源：IRENA，方正證券研究所可再生能源發(fā)電制氫將是未來氫氣生產(chǎn)的主要趨勢，發(fā)展空間巨大。一方面，可再生能源發(fā)電制氫可以真正做到全流程清潔環(huán)保，碳排放幾乎為零。在碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略背景下，將是未來的主要應(yīng)用。另一方面，隨著可再生能源發(fā)電平價上網(wǎng)，電解水制氫的電

16、力成本將持續(xù)下降。同時當(dāng)波動性可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中占到較高比重時，電力系統(tǒng)對電能儲存和調(diào)節(jié)的需求也將不斷增 長，而電解水技術(shù)可以發(fā)揮有效的緩沖調(diào)節(jié)作用，實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)儲存以滿足季節(jié)性高峰需求。同時，在未來，通過電解水可以將富足的可再生能源轉(zhuǎn)化成綠氫，為建筑、交通、工業(yè)等高 排放部門供給清潔環(huán)保的綠色原料和燃料，從而減少化石能源的使用，有效減少碳排放。圖表13：氫氣可以促進(jìn)電力與建筑、交通運(yùn)輸和工業(yè)之間的互連161.2 地質(zhì)儲氫技術(shù)有效解決氫能跨季節(jié)儲存資料來源：IEA，方正證券研究所結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)地下鹽穴在地下巖層，利用水溶開 采方式采礦后形成的地下 洞穴巖層具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能及密封性

17、 能，所儲氫氣收到污染風(fēng)險較低；鹽穴高壓使所儲的氫氣具有較高的釋放率；建設(shè)成本較其他地下儲氣設(shè)施較低。若巖石中含有較高的可溶性鉀鎂鹽，將影響鹽穴的密封性能。枯竭的天然氣藏、 油藏由儲層、密封層和含水層 組成容積比鹽穴更大；油氣田結(jié)構(gòu)在勘探和開發(fā)過程 已得到深入了解；枯竭天然氣田中的殘余氣體可 以作為緩沖氣體。滲透性比鹽穴強(qiáng)；含有一定污染物質(zhì) 氫在使用之前需提前清除污染物；氫 氣在高壓下易與參與油發(fā)生反應(yīng)生成 甲烷。地質(zhì)含水層主要由多孔和可滲透巖石層組成，其中孔隙結(jié)構(gòu)中 充滿淡水或鹽水這類地質(zhì)結(jié)構(gòu)在全球范圍普遍存在；許多地下含 水層靠近大型城市等能源消費(fèi)集中地。與微生物、液體和巖石的反應(yīng)會導(dǎo)致氫

18、氣的損失；存在不宜探查的斷層， 易引起氫氣泄露。目前氫氣小規(guī)模、短期儲存仍以儲罐為主，而如果想通過氫與可再生能源相結(jié)合，調(diào)節(jié)供電的巨大季節(jié)性差異，則需要更長期、更大容量的儲氫方式，其中地質(zhì)儲存是目前主要發(fā)展方向。地下鹽穴因具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、密封性及較低建設(shè)成本，是目前地質(zhì)儲存中主要的應(yīng)用 方式。據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)，美國擁有全球最大鹽穴儲氫系統(tǒng)，氫氣儲存量可達(dá)1-2萬噸；英國擁有3個千噸級氫氣儲藏鹽穴；德國3500噸級氫氣儲存鹽穴將于2023年正式啟動?？萁哂蜌獠乇塞}穴容積更大，且油氣田結(jié)構(gòu)在前期勘探和開發(fā)過程中已得到深入了解。地質(zhì)含水層儲氫相較于另外兩種技術(shù)，目前較不成熟。但其地質(zhì)結(jié)構(gòu)在全球范圍

19、普遍存在， 可以為缺乏鹽穴和枯竭油氣藏的地域提供大規(guī)模儲氫的可能性。隨著大規(guī)模地質(zhì)儲氫技術(shù)的發(fā)展，將有效解決氫能的大規(guī)模季節(jié)性儲存需求。圖表14：地質(zhì)儲存有效解決氫能長期、大規(guī)模儲存的需求171.2 電解水制備成本將丌斷降低伴隨著產(chǎn)能增加，技術(shù)進(jìn)步以及可再生能源電力成本的持續(xù)下降，可再生能源電解制氫（綠氫）的成本將不斷下行，這也有助于可再生能源電解制氫技術(shù)的大面積推廣。依據(jù)英國Hemado咨詢公司數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球電解水成本在4.2美元/千克，其中運(yùn)行成 本0.2美元/千克，前期電解裝置系統(tǒng)投資成本1.8美元/千克，電力成本2.2美元/千克。同時根據(jù)Hemado預(yù)測，未來電解水制備成本將

20、不斷下行。其中受益于近年可再生能源技術(shù) 成熟和規(guī)?；l(fā)展，可再生電力成本預(yù)計(jì)在未來十年會顯著下降；而伴隨產(chǎn)能增加、技術(shù) 進(jìn)步,電解裝置的轉(zhuǎn)化效率和滿載小時數(shù)將持續(xù)提升，這也促使單位氫氣生產(chǎn)對應(yīng)的電解裝 置成本將持續(xù)下降。圖表15：綠氫制備成本將持續(xù)下降資料來源：Hemado，方正證券研究所1.3 PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢在技術(shù)層面，電解水制氫技術(shù)可分為堿性電解水制氫(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)、固體氧化物電解水制氫(SOE)和陰離子交換膜電解水制氫（AEM）。其中，堿性電解水技術(shù)最為成熟，其采用氫氧化鉀水溶液作為電解質(zhì)，以石棉為隔膜，分 離水產(chǎn)生氫氣和氧氣。ALK由于是堿性條

21、件，因此可以使用非貴金屬電催化劑，因此電解槽造價成本較低；但是，ALK難以快速啟動和變載，無法快速調(diào)節(jié)制氫速度，因此與可再生能 源適配性較差。固體氧化物電解水制氫（SOE）采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，適合在高溫環(huán)境下運(yùn)作，能 效更高，但處于初期示范階段。而陰離子交換膜電解水制氫（AEM）以陰離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，其發(fā)展主要取決于相關(guān)材料技術(shù)的突破情況。從技術(shù)角度看，PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢，許多新建項(xiàng)目開始轉(zhuǎn)向選擇PEM電解技術(shù)， 近年開始獲得較多的市場份額。首先，相較堿性電解水技術(shù)，PEM電解采用純水電解，無污染、無腐蝕；其次，質(zhì)子交換膜擁有更高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，電

22、解槽工作電流可大大提高，從 而提升電解效率；同時PEM電解水技術(shù)能夠提供更寬的負(fù)載范圍和更短的響應(yīng)啟動時間，與 水電、風(fēng)電、光伏（發(fā)電的波動性和隨機(jī)性較大）具有良好的匹配性，最適合未來能源結(jié) 構(gòu)的發(fā)展。18191.3 PEM電解水技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢圖表16：PEM電解水技術(shù)負(fù)載范圍更寬、啟動更快資料來源：電解水制氫技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展建議，方正證券研究所ALKPEMSOEAEM堿性電解水制氫質(zhì)子交換膜固體氧化物陰離子交換膜電解質(zhì)隔膜20-30 KOH石棉膜質(zhì)子交換膜氧化鋯陰離子交換膜 和低濃度堿性 溶液電流強(qiáng)度（A/cm2）0.2-0.81-20.3-10.2-2運(yùn)行溫度70-9050-80700

23、-85040-60負(fù)載范圍15-1005-12030-1255-100啟動時間（熱啟動-冷啟動)1-10分鐘1秒-5分鐘能耗（kWh/Kg H2）47-6647-6635-5051.5-66電解槽成本（USD/KW）270400電解槽壽命（h）60005000-80005000環(huán)保性有腐蝕液體無污染無污染技術(shù)成熟度充分產(chǎn)業(yè)化初步商業(yè)化初期示范實(shí)驗(yàn)室階段資料來源：IEA，方正證券研究所201.3 PEM電解水項(xiàng)目數(shù)量不規(guī)模丌斷上升PEM電解水技術(shù)近年在全球得到較多應(yīng)用，新增項(xiàng)目數(shù)量和單項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模也不斷提升。2015年，西門子和林德氣體在德國美因茨能源園區(qū)建成當(dāng)時世界最大PEM電解工廠，額定裝

24、機(jī)功率達(dá)6MW；2019年，全球新增兆瓦級PEM電解水項(xiàng)目8個，單項(xiàng)目最大裝機(jī)功率達(dá)10MW； 2020年，法液空完成在加拿大貝坎庫爾的20兆瓦PEM電解水項(xiàng)目建設(shè)。目前國內(nèi)PEM電解項(xiàng)目規(guī)模較小，中科院大連化學(xué)物理研究所、中船重工集團(tuán)718研究所等 單位正開展PEM純水制氫設(shè)備的研究與制造。2021年3月，上海電氣與大連化學(xué)物理研究所 達(dá)成兆瓦級模塊化高效PEM電解水制氫裝備及系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目合作協(xié)議；同時，陽光電源發(fā)布 國內(nèi)首款綠氫SEP50 PEM電解槽，功率250kW,是目前國內(nèi)可量產(chǎn)功率最大的PEM電解槽。 圖表17：全球兆瓦級PEM電解水項(xiàng)目數(shù)量逐年增長 圖表18：主要PEM電解水項(xiàng)目

25、裝機(jī)功率不斷提升 資料來源：PEM：最具潛力的電解水制氫技術(shù)，IEA，方 正證券研究所時間公司地區(qū)裝機(jī)功率主要用途2015西門子、 林德氣體德國美因茨6 MW供應(yīng)當(dāng)?shù)鼗て?業(yè)、加氫站、注 入管網(wǎng)2018馬克漢姆能源儲 存公司加拿大安大略2.5 MW調(diào)節(jié)電網(wǎng)供應(yīng)2019奧地利公用事業(yè) 公司、西門子等奧地利林茨6 MW為鋼鐵生產(chǎn)供氫2019殼牌、 ITM能源公司德國萊茵煉油廠10 MW為煉油裝置供氫2020法液空加拿大貝坎庫爾20 MW為北美客戶供氫211.3 質(zhì)子交換膜是PEM水電解槽的核心組件資料來源：PEM：最具潛力的電解水制氫技術(shù)，方正證券研究所PEM水電解槽主要內(nèi)部組件由內(nèi)到外依次是質(zhì)

26、子交換膜、陰陽極催化層、陰陽極氣體擴(kuò)散 層、陰陽極端板等。其中質(zhì)子交換膜、催化層與擴(kuò)散層組成膜電極，是整個水電解槽物料 傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的主場所。作為水電解槽電極的核心組件，質(zhì)子交換膜不僅傳導(dǎo)質(zhì)子，隔離氫氣和氧氣，而且還為 催化劑提供支撐，其性能的好壞直接決定水電解槽的性能和使用壽命，因此在整個設(shè)備 中至關(guān)重要。圖表19：質(zhì)子交換膜是PEM水電解槽核心組件目錄22一氫能迎發(fā)展新機(jī)遇，PEM膜將成核心組件二下游需求持續(xù)增長，PEM膜未來市場增量可期三建議關(guān)注四風(fēng)險提示2. 下游需求持續(xù)增長，PEM膜未來市場增量可期2.1 質(zhì)子交換膜應(yīng)用廣泛，未來市場增量可期質(zhì)子交換膜可廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解

27、水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。近年受益于環(huán)保趨嚴(yán)及政府政 策支持，PEM燃料電池及電解水發(fā)展迅速，國內(nèi)外市場都呈現(xiàn)出較快的需求增長和廣闊的發(fā)展前景。而燃料電池和電解水的快速發(fā)展，也將持續(xù)為質(zhì)子交換膜帶來市場增量。2.2 質(zhì)子交換膜具有較高性能要求，全氟磺酸PEM為目前主流應(yīng)用作為燃料電池和電解槽關(guān)鍵組件，質(zhì)子交換膜需具備高質(zhì)子電導(dǎo)率、高機(jī)械強(qiáng)度等性能。目前 市面上應(yīng)用較多的主要是由高度疏水碳氟主鏈構(gòu)成的全氟磺酸PEM。由于其存在成本較高、尺 寸穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，部分氟化PEM、無氟PEM和復(fù)合PEM將成質(zhì)子交換膜研究新方向。2.3 國外企業(yè)占PEM市場主導(dǎo)地位，國內(nèi)企業(yè)進(jìn)口替代空間巨大質(zhì)子交換膜由于制備

28、工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高，長期被杜邦、戈?duì)?、旭硝子等美國和日本少?shù)廠 家壟斷。目前，國內(nèi)東岳、科潤等企業(yè)也積極布局，東岳150萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程已投產(chǎn)，科潤100萬平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目也已開工。隨著國內(nèi)技術(shù)的不斷突破，國產(chǎn)質(zhì)子交 換膜實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代空間巨大。23質(zhì)子交換膜（PEM），也叫質(zhì)子膜或者氫離子交換膜，是一種致密的離子選擇性透過的膜。質(zhì)子交換膜上游主要包括基礎(chǔ)材料和過程材料兩個部分：基礎(chǔ)材料即螢石，其與硫酸反應(yīng)后 生成氫氟酸，再和氯仿反應(yīng)，生成后續(xù)樹脂制備所需的原材料二氟一氯甲烷（R22)。過程材 料即根據(jù)不同類型膜的要求，利用上游原材料制備可用于后續(xù)加工的各類全氟、非全氟以及 特

29、種樹脂。下游應(yīng)用方面，質(zhì)子交換膜可廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。242.1 質(zhì)子交換膜應(yīng)用廣泛資料來源：燃料電池用質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)分析，方正證券研究所下游用戶基礎(chǔ)材料螢石資源過程材料全氟、非全氟及 特種樹脂圖表20：燃料電池和電解水是質(zhì)子交換膜下游主要應(yīng)用領(lǐng)域上游材料中游制造質(zhì)子交換膜制造燃料電池質(zhì)子交換膜電解水質(zhì)子交換膜氯堿質(zhì)子交換膜其他252.1 質(zhì)子交換膜是PEM燃料電池的核心組成資料來源：燃料電池用質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)分析，方正證券研究所質(zhì)子交換膜不僅在電解水技術(shù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時也是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）核 心組成之一，在燃料電池內(nèi)部發(fā)揮重要作用：質(zhì)子交換膜不僅防止

30、電池陰陽極接觸，避免兩極燃料直接反應(yīng)，確保能源利用率。傳輸氫離子，高質(zhì)子電導(dǎo)率的PEM是電池效率的保證。質(zhì)子膜通過氫離子的本質(zhì)是只允許水合質(zhì)子（H3O+）穿過，水合質(zhì)子同質(zhì)子交換膜中的磺酸基結(jié)合，然后從一個磺酸基到另一個磺酸基，最終到達(dá)另一邊。電子以及陰離子都過不 去。確保電子從外電路傳輸，達(dá)到形成電流的目的。圖表21：質(zhì)子交換膜在燃料電池中起關(guān)鍵作用燃料電池作為質(zhì)子交換膜主要應(yīng)用領(lǐng)域，近年受益于環(huán)保趨嚴(yán)及政府政策支持，PEM燃料電池出貨量不斷提升。據(jù)E4tech統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球燃料電池出貨量從2011年的109.4MW增長至2019年的1129.6MW， 年均復(fù)合增速達(dá)33.9 。其中PE

31、M燃料電池出貨量從2011年49.2MW，增長至2019年的934.2MW，年均復(fù)合增速高達(dá)44.48 ，PEM燃料電池出貨量占比也從44.9 進(jìn)一步提升至82.7 。地區(qū)分布方面，亞洲是全球燃料電池主要出貨地區(qū)，2019年亞洲地區(qū)燃料電池出貨量占全球總 出貨量的59.9 ，北美地區(qū)緊隨其后，占比34.0 。262.1 全球PEM燃料電池出貨量高速增長 圖表22：PEM燃料電池出貨量高速增長資料來源：E4tech，方正證券研究所 圖表23：亞洲是燃料電池主要出貨地區(qū)資料來源：E4tech，方正證券研究所272.1 國內(nèi)燃料電池未來發(fā)展前景廣闊資料來源：中國氫能聯(lián)盟，方正證券研究所2019近期目

32、標(biāo)（2020-2025）中期目標(biāo)（2026-2035）遠(yuǎn)期目標(biāo)（2035-2050）加氫站（座）23200150010000燃料電池車（萬輛）0.25130500燃料電池系統(tǒng)（萬套）16150550燃料電池系統(tǒng) 成本（元/KW）80004000800300國內(nèi)需求方面，據(jù)中國氫能聯(lián)盟在中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2019中統(tǒng)計(jì)預(yù)測， 2019年全國燃料電池車產(chǎn)量在2000輛左右，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能為1萬套/年；預(yù)計(jì)到2025、2035 和2050年，全國燃料電池車年產(chǎn)量將達(dá)5萬、130萬和500萬輛，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能也將分別達(dá)6 萬、150萬和550萬套。成本方面，2019年國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)成

33、本仍大于8000元/KW。預(yù)計(jì)到2025年，隨著技術(shù)水平的 不斷提升、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，燃料電池成本將降至4000元/KW；到2025年和2030年，成本將進(jìn) 一步降至800元/KW和300元/KW。圖表24：燃料電池和燃料電池車產(chǎn)能規(guī)模將快速增長圖表26：PEM膜占電堆總成本的9資料來源：DOE，方正證券研究所282.1 PEM膜占電堆總成本的9%圖表25：燃料電堆是燃料電池系統(tǒng)主要成本來源資料來源：DOE，方正證券研究所燃料電池成本分布方面，據(jù)美國能源部披露數(shù)據(jù)，電堆是燃料電池的主要成本來源，占整個燃料電池系統(tǒng)成本的比例達(dá)45.4 ，其余包括儲氫設(shè)備、氣體供給系統(tǒng)等占系統(tǒng)總成本的比例達(dá)54.

34、6 。電堆內(nèi)部來看，催化劑及涂覆是第一大成本支出，占電堆總成本的比例達(dá)53 ；雙極板緊隨其 后，占比20 ；質(zhì)子交換膜和膜電極框架成本占比分別為9 和8 。從整體看，質(zhì)子交換膜成本約占燃料電池總成本的4.08 。292.1 燃料電池將持續(xù)為PEM膜帶來市場增量資料來源：中國氫能聯(lián)盟，DOE，方正證券研究所依據(jù)中國氫能聯(lián)盟在中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2019中做的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測，2025年、2035年和2050年，國內(nèi)燃料電池產(chǎn)能將分別達(dá)6萬、150萬和550萬套，我們假設(shè)每套功率為100KW，燃料電池年產(chǎn)能即600萬、15000和55000萬千瓦。同時依據(jù)中國氫能聯(lián)盟對未來燃料電池系統(tǒng)成本的

35、預(yù)測以及美國能源部披露的成本結(jié)構(gòu)，綜合測算，燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域每年為質(zhì)子交換膜帶來的市場增量將持續(xù)增長，到2025年、2035年和 2050年將分別為9.80億、49.01億和67.39億，非常可觀。圖表27：燃料電池應(yīng)用將給PEM膜帶來可觀的市場增量近期目標(biāo)（2020-2025）中期目標(biāo)（2026-2035）遠(yuǎn)期目標(biāo)（2035-2050）燃料電池系統(tǒng)成本（元/KW）4000800300單位電堆成本（元/KW）1815.2363.04136.14單位質(zhì)子交換膜成本（元/KW）163.3732.6712.25燃料電池年新增（萬千瓦）6001500055000市場規(guī)模（億元）9.8049.0167.

36、39302.1 全球電解水新增容量高速增長資料來源：IEA，方正證券研究所電解水同樣是質(zhì)子交換膜的一項(xiàng)重要應(yīng)用領(lǐng)域。特別是近年，可再生能源飛速發(fā)展，而PEM電 解制氫技術(shù)因具備快速啟停優(yōu)勢，能匹配可再生能源發(fā)電的波動性，提高電力系統(tǒng)靈活性，逐 步成為可再生能源發(fā)展和應(yīng)用的重要方向。據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年全球電解水年新增裝機(jī)容量快速增長。2014年，全球電解水新增裝機(jī)僅9.1MW；到2019年，全球電解水裝置當(dāng)年新增規(guī)模達(dá)25.4MW。同時，IEA根據(jù)已公布的項(xiàng)目 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，2020-2023年電解水年新增裝機(jī)容量將呈現(xiàn)高速增長，到2023將達(dá)1433.1MW， 較2014年相比，年均復(fù)

37、合增速將高達(dá)75.44 。圖表28：全球電解水新增容量高速增長312.1 我國可再生能源發(fā)電制氫未來前景廣闊國內(nèi)需求方面，據(jù)中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2020年我國氫氣得年需求量為3342萬噸，而其中主要供應(yīng)來源于化石能源制氫和成本較低的工業(yè)副產(chǎn)制氫，可再生能源電解制氫僅占總供應(yīng)量的1.52 左右，約51萬噸。到2030年碳達(dá)峰情景下，氫氣年均需求將達(dá)3715萬噸，煤制氫結(jié)合CCS技術(shù)和可再生能源電解 制氫將成為有效的供氫主體，可再生能源電解制氫占整體的比例也將進(jìn)一步提升至15 。到2050年，國內(nèi)氫能市場進(jìn)入遠(yuǎn)期發(fā)展階段，氫氣年需求量將達(dá)9690萬噸，可再生能源電解水 制氫將成為有效供氫主體，占比約

38、達(dá)70 ，而煤制氫配合CCS技術(shù)、生物制氫等其他技術(shù)將成為 有效補(bǔ)充。圖表29：可再生能源電解制氫供給占比將不斷擴(kuò)大資料來源：中國氫能聯(lián)盟，方正證券研究所322.1 質(zhì)子交換膜占電堆總成本的15.1% 圖表30：電堆是電解槽系統(tǒng)中最大成本支出資料來源：IRENA，方正證券研究所 圖表31：質(zhì)子交換膜占電堆總成本比例為15.1資料來源：IRENA，方正證券研究所成本分布方面，據(jù)國際可再生能源署統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，電堆是整個電解槽裝置中最大的成本支出，占總成本的45 ；其次是電力供應(yīng)系統(tǒng)和去離子水循環(huán)系統(tǒng)，占比分別為27.5 和12.1 。電堆內(nèi)部來看，雙極板是成本主要來源，占電堆總成本的比例達(dá)53 ；

39、多孔傳輸層和質(zhì)子交換 膜緊隨其后，分別占比17 和15.1 ；而催化劑的成本占比約在8.9 。從整體看，質(zhì)子交換膜的成本約占電解槽總成本的6.8 。資料來源：中國氫能聯(lián)盟，IRENA，Hemado，方正證券研究所332.1 電解水將給PEM膜貢獻(xiàn)可觀的市場增量依據(jù)中國氫能聯(lián)盟在中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書中做的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測，2020年、2030年和2050年，國內(nèi)可再生能源電解制氫供應(yīng)量將分別達(dá)51、557和6783萬噸。依據(jù)Hemado分析預(yù)測的電解槽裝置安裝成本，2020年、2030年和2050年每千克氫氣電解槽裝 置投資成本將分別達(dá)1.8、0.7、0.2美元；結(jié)合IRENA的成本分布分

40、析，質(zhì)子交換膜成本占電解槽系統(tǒng)總成本的6.8 ，每千克氫氣在質(zhì)子交換膜的成本將為0.122、0.048和0.014美元。綜合測算，可再生能源電解制氫在2020年給質(zhì)子交換膜帶來的市場增量為4.03億人民幣，而 到了2030年和2050年，將可為質(zhì)子交換膜市場每年帶來約17.2億和59.8億的規(guī)模增量。圖表32：電解水應(yīng)用2050年將為PEM膜市場帶來59.8億的市場增量202020302050氫氣需求量（萬噸）334237159690電解制氫占比21570電解制氫量（萬噸）515576783電解槽系統(tǒng)成本（USD/Kg）1.80.70.2質(zhì)子交換膜成本（USD/Kg）0.1220.0480.0

41、14PEM膜市場規(guī)模（億美元）0.622.659.23PEM膜市場規(guī)模（億元）4.0317.2059.81342.2 質(zhì)子交換膜具有較高的性能要求資料來源：Trendbank，方正證券研究所關(guān)鍵指標(biāo)性能質(zhì)子導(dǎo)電率氫離子在一定溫度、壓力條件下，單位面積里傳導(dǎo)質(zhì)子的阻力，也稱質(zhì)子阻抗。穩(wěn)定性指膜的熱穩(wěn)定性，燃料電池和電解池在高溫（100）下工作時，質(zhì)子交換膜 耐久性會下降，提高穩(wěn)定性是膜性能不可或缺的部分。水電滲系數(shù)在燃料電池工作時，陽極會產(chǎn)生水，在質(zhì)子運(yùn)動下，水從陽極流動至陰極的線 粗稱為電滲遷移。吸水性膜的質(zhì)子導(dǎo)電性取決于膜的結(jié)構(gòu)及其含水量，含水量通常表示為干燥膜每克含 水量，或?yàn)槊總€磺酸基中

42、存在的水分子數(shù)。力學(xué)強(qiáng)度水吸收過程會改變膜的尺寸，燃料電池工作時會是一個持續(xù)動態(tài)的過程，對于 膜的力學(xué)強(qiáng)度有非常高的要求。氣體滲透率原理上，膜應(yīng)對反應(yīng)物組分不可滲透，防止反應(yīng)物組分在參與電化學(xué)反應(yīng)之前 混合。因此定義其滲透率為擴(kuò)散率和溶解度的乘積?；陔娊馑腿剂想姵刂兴鸬降年P(guān)鍵作用，高質(zhì)量的質(zhì)子交換膜需具備：高的質(zhì)子導(dǎo)電率，可以有效降低電池內(nèi)阻，提高電流密度，從而提升整個系統(tǒng)的效率;較好的穩(wěn)定性，包括物理穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定，阻止聚合物鏈降解;適度的吸水性，膜的質(zhì)子導(dǎo)電性取決于膜結(jié)構(gòu)及含水量，適度吸水性有利于提高導(dǎo)電性能；較好的力學(xué)強(qiáng)度和較低的尺寸變化率，防止水吸收過程會改變膜的尺寸，造成膜與電

43、極剝離較低的氣體滲透率，防止氣體在電極表面發(fā)生反應(yīng)，造成局部過熱，影響電流效率;除此之外，還應(yīng)具備較高的機(jī)械強(qiáng)度、可加工性好以及適當(dāng)?shù)男詢r比。圖表33：質(zhì)子交換膜主要性能要求352.2 全氟磺酸PEM是目前主流應(yīng)用圖表34：全氟磺酸質(zhì)子交換膜以碳氟為骨架資料來源：燃料電池用質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)分析，方正證券研究所目前市面上主要使用的是全氟磺酸質(zhì)子交換膜：其主鏈主要是由高度疏水的碳氟骨架構(gòu)成，而親水磺酸基則分布在側(cè)鏈上，這些基團(tuán)容易聚 在一起形成若干富離子區(qū)域，這些富離子區(qū)域彼此相連形成有利于質(zhì)子傳遞的通道，從而形 成較高的質(zhì)子導(dǎo)電能力。而由于主鏈的碳氟結(jié)構(gòu)，使得膜具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性 和較

44、高的機(jī)械穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)中x，y，n，p值的不同可以衍生出具有不同離子交換容量即側(cè)鏈長度的聚合物。362.2 全氟磺酸PEM具有兩種生產(chǎn)工藝資料來源：燃料電池用質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)分析，方正證券研究所制備工藝適用離子聚合物適用生產(chǎn)模式成膜過程熔融擠出法離子交換容量較低的離子聚合物連續(xù)化生產(chǎn)成膜過程不使用溶劑，對環(huán)境無污染；成膜后需將膜水解轉(zhuǎn)型。溶液成膜法離子交換容量較寬的 離子聚合物間歇式/連續(xù)化生 產(chǎn)需先將樹脂轉(zhuǎn)型后溶解于適當(dāng)?shù)娜軇?，然?進(jìn)行濃縮處理再涂膜去除溶劑，最后需要對 溶劑進(jìn)行回收處理。生產(chǎn)技術(shù)方面，目前主流的全氟磺酸PEM最常用的加工方法有熱熔融擠出成膜法和溶液流延成膜法兩種方法。熔融擠出

45、法適合于連續(xù)化生產(chǎn)，成膜過程不使用溶劑，不會對環(huán)境造成危害。但是這種方法 成膜后還需要將膜水解轉(zhuǎn)型，而且只適于離子交換容量較低的離子聚合物。杜邦公司推出的第一代Nafion膜以及蘇威公司的Aquivion膜都是采用熔融擠出工藝。溶液成膜法則可用于離子交換容量較寬的離子聚合物成膜，該方法可以直接得到離子型的制 品，制備時需要先將樹脂轉(zhuǎn)型后溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后進(jìn)行濃縮處理再涂膜去除溶劑。 溶液成膜法可以根據(jù)成膜時設(shè)備不同，選擇間歇式或者連續(xù)化生產(chǎn)。杜邦的第二代Nafion膜以及東岳集團(tuán)DF988/DF2801膜即采用此工藝。 圖表35：全氟磺酸質(zhì)子交換膜兩種主要工藝372.2 全氟磺酸PEM仍

46、存改進(jìn)空間資料來源：燃料電池用質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)分析，方正證券研究所膜類型材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)代表產(chǎn)品全氟磺酸PEM由碳氟主鏈和帶有磺 酸基團(tuán)的醚支鏈構(gòu)成化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高， 目前應(yīng)用最廣泛成本較高，尺寸穩(wěn)定性較 差，溫度升高會降低質(zhì)子 傳導(dǎo)性杜邦公司：Nafion系列膜部分氟化PEM主鏈全氟，質(zhì)子交換 基團(tuán)一般是磺酸基團(tuán)較好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定 性，較高的含水率，價格較 全氟膜低單體制備工藝復(fù)雜，綜合 性能不如全氟磺酸PEMBallad公司：BAM3G膜無氟PEM（碳?xì)渚酆衔锬ぃ┗腔枷憔酆衔锪己玫臒岱€(wěn)定性，工作溫度 范圍寬膜保水性好，加工容 易，價格便宜質(zhì)子傳導(dǎo)性差，壽命僅幾 千小時，難以滿足要

47、求DAIS公司：磺化苯乙烯- 丁二烯/苯乙烯嵌段共聚 物膜復(fù)合PEM全氟的非離子化微孔 介質(zhì)與全氟離子交換 樹脂結(jié)合改善原有膜的性質(zhì)，提高機(jī) 械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性制備工藝有待完善戈?duì)柟荆憾嗫拙鬯姆?烯基底與Nafion樹脂結(jié)合盡管目前全氟磺酸PEM應(yīng)用最廣泛，但仍存在成本較高、尺寸穩(wěn)定性較差、溫度升高會降低質(zhì)子傳導(dǎo)性的缺點(diǎn)。為解決全氟磺酸PEM存在的問題，進(jìn)一步提升質(zhì)子交換膜的性能并降低成本，部分氟化PEM、 無氟PEM和復(fù)合PEM成為質(zhì)子交換膜新的研究方向。圖表36：全氟磺酸質(zhì)子交換膜仍存在改進(jìn)空間382.3 國外企業(yè)在質(zhì)子交換膜市場仍占主導(dǎo)地位資料來源：PEM：最具潛力的電解水制氫技術(shù)，

48、方正證券研究所質(zhì)子交換膜由于制備工藝復(fù)雜，長期被杜邦、戈?duì)?、旭硝子等美國和日本少?shù)廠家壟斷。杜邦是全球最早開發(fā)并銷售質(zhì)子交換膜的企業(yè)，早在1962年就開發(fā)出性能優(yōu)良的全氟磺酸型質(zhì)子交換膜，即Nafion系列產(chǎn)品，截至目前Nafion膜也是全球使用最廣泛的。美國戈?duì)柧哂谐^25年的增強(qiáng)型質(zhì)子膜的開發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，公司更專注于燃料電池膜的研發(fā)，其開發(fā)的SELECT系列增強(qiáng)型質(zhì)子膜憑借超薄、耐用、高功率密度的特性，占據(jù)全球主要燃 料電池市場。國內(nèi)燃料電池質(zhì)子交換膜市場方面，據(jù)高工氫電統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)生產(chǎn)的膜電極目前 多數(shù)使用戈?duì)柕脑鰪?qiáng)復(fù)合膜，市占率在90 以上。圖表37：市場上質(zhì)子交換膜產(chǎn)品仍以國外品牌為主

49、廠家膜型號厚度/m每摩爾磷酸鹽基團(tuán)的聚合物干重EW值/(gmol-1）特點(diǎn)杜邦NafionTM系列膜25-2501100-1200全氟型磺酸膜，市場占有率高，高濕度下導(dǎo)電率 高，低溫下電流密度大，質(zhì)子傳到電阻曉，化學(xué) 穩(wěn)定性強(qiáng)陶氏XUS-B204膜125800含氟側(cè)鏈短，難合成，價格高戈?duì)朑ORE-SELECT復(fù)合膜基于膨體聚四氟乙烯的專有增強(qiáng)膜技術(shù)形成的改性全氟型磺酸膜，具有超薄、耐用、高功率密度 的特性，適用燃料電池旭硝子Flemion系列膜50-1201000支鏈較長，性能接近Nafion膜旭化成Aciplex-S膜25-10001000-1200支鏈較長，性能接近Nafion膜東岳集團(tuán)

50、DF988/DF280150-150800-1200短鏈全氟磺酸膜，適用于水電解制氫、燃料電池資料來源：公司官網(wǎng)，Trendbank，方正證券研究所國內(nèi)方面，東岳、科潤也積極布局。東岳集團(tuán)是國內(nèi)目前最為領(lǐng)先的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)廠商，由 于其自身具有比較完備的氟化工產(chǎn)業(yè)鏈，在質(zhì)子膜研發(fā)和制造上具有優(yōu)勢，目前已具備燃料電 池交換膜規(guī)?；慨a(chǎn)的能力。2020年11月，東岳150萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程投產(chǎn)，一期產(chǎn)能主要包括50萬平米燃料電池交換膜，一期投產(chǎn)標(biāo)志我國氫能核心材料質(zhì)子交換膜的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模邁入全球領(lǐng)先行列。剩余100萬平米燃料電池膜將在三期建設(shè)，根據(jù)環(huán)評，規(guī)劃建設(shè)時間為2021-202

51、2年。同時，國內(nèi)另一大產(chǎn)商江蘇科潤100萬平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目也已于2021年2月開工，預(yù)計(jì)于 2023年分兩期建設(shè)完畢。東岳150萬平米生產(chǎn)線和科潤100萬平米項(xiàng)目，是目前國內(nèi)質(zhì)子交換膜規(guī)模化量產(chǎn)的主要運(yùn)營和 在建項(xiàng)目，隨著技術(shù)的不斷突破，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，空間巨大。 圖表38：東岳質(zhì)子交換膜發(fā)展歷史392.3 東岳集團(tuán)是國內(nèi)領(lǐng)先PEM膜生產(chǎn)商 圖表39：東岳150萬平方米燃料電池膜及配套化學(xué)品產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容資料來源：環(huán)評報告，方正證券研究所402.3 東岳150萬平方米燃料電池膜項(xiàng)目建設(shè)情況項(xiàng)目投資金額（億元）建設(shè)內(nèi)容規(guī)模（噸/年）預(yù)期投產(chǎn)日期一期北區(qū)3.22六氟環(huán)氧丙烷（HF

52、PO）10002020年已投產(chǎn)乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）500全氟正丙基乙烯基醚（PPVE）100含氟綠色表面活性劑20一期南區(qū)1.00燃料電池膜50萬平方米2020年已投產(chǎn)微孔膜1500萬平方米二期北區(qū)樹脂項(xiàng)目0.35全氟離子交換樹脂502021年12月二期北區(qū)單體項(xiàng)目1.25全氟乙烯基醚羧酸甲酯（PCVE）52022年12月磺內(nèi)酯50甲氧基四氟丙酸甲酯80全氟乙烯基?；酋７≒SVE）50二期南區(qū)樹脂項(xiàng)目0.12全氟磺酸樹脂粉末62021年12月全氟磺酸樹脂溶液10三期北區(qū)7.50四氟乙烯（TFE）100002022年12月六氟丙烯（HFP）6000六氟環(huán)氧丙烷（HFPO）4000全

53、氟正丙基乙烯基醚（PPVE）380全氟乙烯基醚羧酸甲酯（PCVE）25四氟磺內(nèi)酯950甲氧基四氟丙酸甲酯120全氟乙烯基醚磺酰氟（PSVE）950全氟離子交換樹脂450全氟磺酸樹脂粉末54三期南區(qū)燃料電池膜100萬平方米2022年12月新型含氟離型膜1500萬平方米 圖表40：東岳150萬平方米燃料電池膜項(xiàng)目工藝流程資料來源：環(huán)評報告，方正證券研究所412.3 東岳150萬平方米燃料電池膜項(xiàng)目工藝流程外購 硫酸外購 硫酸四氟乙烯 裝置六氟丙烯 裝置HFPO裝置（六氟 環(huán)氧丙烷）PPVE裝置（全氟 正丙基乙烯基醚）ETFE裝置（乙烯- 四氟乙烯共聚物）四氟乙烯磺 內(nèi)酯裝置PSVE裝置（全氟 乙烯

54、基酰磺酰氟）全氟磺酸 樹脂裝置全氟磺酸樹脂粉末裝置四氟丙酸 甲酯裝置PCVE裝置（全氟 乙烯基醚羧酸甲酯）全氟羧酸 樹脂裝置燃料電池膜雙向拉伸 膜裝置外購R22外購 乙烯外購 氧氣外購 PTFE六氟丙烯HFPO（部分外售）含氟綠色表面PPVE 活性劑（外售） （外售）ETFE（外售）PPVE、含氟綠色 表面活性劑四氟乙烯 磺內(nèi)酯PSVE外購醇、金屬鹽、 碳酸二甲酯四氟乙烯四氟乙烯全氟磺酸 樹脂PCVE全氟羧酸 樹脂（外售）四氟丙酸甲酯外購T膜（新型含氟離型膜）HFPO雙向拉伸膜（P膜）資料來源：環(huán)評報告，方正證券研究所422.3 東岳燃料電池膜生產(chǎn)工序分兩部分樹脂 分散初步 壓濾溶液 純化終極

55、 分散終極 壓濾T膜 放卷涂布P膜放卷熱定型分切 收卷性能 檢測內(nèi)外 包裝微孔膜（P膜等）生產(chǎn)裝置全氟磺酸離子 交換樹脂制膜液燃料電池膜圖表41：東岳燃料電池膜生產(chǎn)分制膜液和制膜兩個過程純水、 乙醇電加熱T膜P膜PTFE制膜液過程制膜過程東岳燃料電池膜生產(chǎn)工序包括制膜液和制膜兩部分。首先將全氟磺酸離子樹脂分批次泵入分散釜內(nèi)，經(jīng)歷初步分散、初步壓濾、溶液純化、終極分散和終極壓濾5個流程后，制得制膜液。在制膜過程中，首先將T膜放卷，然后將制膜液在T膜表面進(jìn)行涂布，形成涂層后再在涂層中 增加P膜。之后再將膜進(jìn)行熱定型和分切收卷，最后通過性能檢測之后，即可進(jìn)行包裝。目錄43一氫能迎發(fā)展新機(jī)遇，PEM膜

56、將成核心組件二下游需求持續(xù)增長，PEM膜未來市場增量可期三建議關(guān)注四風(fēng)險提示 圖表42：質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)鏈建議關(guān)注企業(yè)資料來源：Wind，方正證券研究所443. 建議關(guān)注行業(yè)位置公司名稱股票代碼上市情況質(zhì)子交換膜生產(chǎn)企業(yè)東岳集團(tuán)0189.HK港交所上市蘇州科潤新材料未上市百利科技603959.SH上市上游樹脂生產(chǎn)企業(yè)巨化股份600160.SH上市昊華科技600378.SH上市下游膜電極生產(chǎn)企業(yè)美錦能源000723.SZ上市鴻基創(chuàng)能未上市武漢理工氫電科技未上市45東岳集團(tuán)東岳集團(tuán)是亞洲規(guī)模最大的氟硅材料生產(chǎn)基地、中國氟硅行業(yè)龍頭企業(yè)、中國第一個氟硅材 料產(chǎn)業(yè)園區(qū)，主要業(yè)務(wù)包括高分子材料、有機(jī)硅、制

57、冷劑、二氯甲烷、PVC及燒堿、以及開 發(fā)物業(yè)業(yè)務(wù)，是大金、三菱、海爾、海信、格力、美的等國內(nèi)外著名企業(yè)的優(yōu)秀供應(yīng)商。公司科研實(shí)力雄厚，擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心、博士后工作站、泰山學(xué)者崗位，承擔(dān)著國家 重點(diǎn)火炬計(jì)劃、國家863計(jì)劃、“十一五”國家科技支撐計(jì)劃以及山東省高新技術(shù)“一號工 程”等重大科技項(xiàng)目，是全國重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)、國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地骨干企業(yè)和國家商 務(wù)部、科技部確定的18個“國家科技興貿(mào)出口創(chuàng)新基地”之一。公司抓住氫能發(fā)展機(jī)遇，積極布局質(zhì)子交換膜相關(guān)產(chǎn)業(yè)，目前是國內(nèi)最為領(lǐng)先的質(zhì)子交換膜 生產(chǎn)廠商，由于公司自身具有比較完備的氟化工產(chǎn)業(yè)鏈，在質(zhì)子膜研發(fā)和制造上具有優(yōu)勢， 目前已具備燃料

58、電池交換膜規(guī)?；慨a(chǎn)的能力。2020年11月，公司150萬平米質(zhì)子交換膜生 產(chǎn)線一期工程投產(chǎn)，其中主要產(chǎn)能包括50萬平米/年燃料電池交換膜。隨著氫能需求的增長 以及氫能源車的快速發(fā)展，公司將持續(xù)受益。資料來源：公司官網(wǎng)，公司公告，方正證券研究所46蘇州科潤新材料蘇州科潤新材料公司長期致力于離子膜的研究與開發(fā)，是國內(nèi)僅有的能夠量產(chǎn)氫燃料電池用 質(zhì)子交換膜的企業(yè)之一。目前公司開發(fā)的全氟離子膜已在燃料電池、釩電池、電解水制氫等 領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，與上海電氣、國網(wǎng)南瑞、大力電工、北京普能、國電投等公司達(dá)成長 期合作關(guān)系，產(chǎn)品出口日本、韓國、德國、新加坡等。并為我國釩電池行業(yè)提供了90 以上 的國產(chǎn)全

59、氟離子膜產(chǎn)品?？萍寂c創(chuàng)新是公司的發(fā)展動力，公司目前擁有全氟離子膜方面的技術(shù)專利40余項(xiàng)，研發(fā)人員 占公司員工總?cè)藬?shù)一半以上。公司建立了原料選型與評測、膜料液制備、膜制備、膜性能檢 測、膜應(yīng)用測試五大實(shí)驗(yàn)室，長期以來與廈門大學(xué)、北京化工大學(xué)、常州大學(xué)等高校開展技 術(shù)合作，設(shè)立全球化信息部門，力求與全球最新的制膜技術(shù)同步發(fā)展。2021年2月，公司全資子公司江蘇科潤膜材料有限公司年產(chǎn)100萬平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目順利開 工，預(yù)計(jì)于2023年分兩期建設(shè)完成。本項(xiàng)目的投產(chǎn)，在填補(bǔ)國內(nèi)在超薄質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)化方 面的空白、打通整條燃料電池國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈。資料來源：公司官網(wǎng)，方正證券研究所47百利科技百利科技長期致力

60、于為新能源和傳統(tǒng)能源行業(yè)的智慧工廠提供包括工程咨詢設(shè)計(jì)、專有設(shè)備 制造、智能產(chǎn)線集成與EPC總承包服務(wù)等整體解決方案。經(jīng)過近年快速發(fā)展，憑借過硬的技 術(shù)，公司贏得了客戶方的廣泛認(rèn)可，積累了大批如當(dāng)升科技、貝特瑞、四川新鋰想、湖南杉 杉、成都巴莫、寧德時代等優(yōu)質(zhì)客戶資源，并保持了長期、穩(wěn)定的合作關(guān)系。新能源汽車產(chǎn)業(yè)已成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，近年來在國家政策的鼓勵下，我國新能源汽車 行業(yè)獲得快速發(fā)展。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起，與之相關(guān)的鋰電池材料企業(yè)也獲得了快速 成長的機(jī)會，公司作為鋰電池材料的設(shè)備供應(yīng)商和整體解決方案提供商，有望利好。氫能是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向，加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，是應(yīng)對全球氣候