氢燃料电池市场规模及国产化水平如何？

燃料电池加速渗透，设备国产化稳步提升。

1. 燃料电池市场空间广阔，有望加速渗透

我国氢燃料电池快速增长，25 年市场规模有望突破180 亿。2021年我国氢燃料电池出货量约 406MW，对应市场规模约21 亿，2017-2021年复合增长率 35%。伴随上游制氢端高景气，下游燃料电池汽车快速增长、叠加国家政策大力支持，未来燃料电池有望快速放量加速渗透，弗若斯特沙利文预测，2025 年中国氢燃料电池市场将快速增长达到181亿。

国内氢燃料系统市场集中度较高，CR5 占据75%装机份额。根据GGII统计，2022 年 1-11 月国内氢燃料电池系统装机量排名前三位分别是亿华通、重塑集团、捷氢科技，占比分别为25.2%、17%、15%，CR5合计 75%，市场集中度较高，头部企业优势明显。燃料电池类型多样，质子交换膜燃料电池应用最为广范。根据所使用燃料类别与电解质特性不同，通常将燃料电池分为甲醇燃料电池(DMFC) 、磷酸燃料电池(PAFC) 、碱性燃料电池(AFC) 、质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 、固体氧化物燃料电池(SOFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 等。质子交换膜燃料电池具有能量转换效率高、工作温度低、氧化剂为空气、电解质无腐蚀性、动态响应速度快、副产物环保、运行无噪声、能量可循环利用等优点，目前已成为燃料电池汽车的主流技术，并且在固定式、便携式发电装置中得到大量应用，2020年在全球燃料电池出货量中占比高达 78%。

燃料电池基本原理是将化学能转化为电能，本质是电解水制氢的逆反应。以质子交换膜燃料电池为例，以氢气为电化学反应燃料，以空气或氧气为氧化剂，利用质子交换膜作为电解质，将燃料气体与氧化剂的化学能转化为电能，利用的是质子交换膜电解水制氢的逆反应。

2. 氢燃料电池平稳降本，设备国产化水平稳步提升

燃料电池汽车产业具有市场空间大、产业链长、参与方众多。上游主要为膜电极、双极板、各类管阀件与传感器、车载高压储氢瓶等发动机零部件生产制造行业，产业链中游主要为燃料电池发动机系统及电堆集成行业，下游主要为燃料电池整车制造行业。

氢燃料电池包含多类关键部件，性能要求较高。按照氢燃料电池的构造进行划分，关键材料可以分为电堆材料和氢燃料电池系统材料。电堆材料包括膜电极材料、气体扩散层材料、双极板材料、密封圈材料和端板材料五大类；氢燃料电池系统材料包括储氢瓶材料、压缩机材料、氢循环系统材料和增湿器材料四大类，各类部件对于材料性能均有较高要求。

电堆成本下降带动燃料电池平稳降本，燃料电池有望加速渗透。成本结构来看，燃料电池系统约占燃料电池汽车成本50%，而电堆在燃料电池成本中占据约 59%，是燃料电池的价值核心。2017-2021 年电堆成本以29%的平均降幅快速下降，带动燃料电池系统整体快速实现降本，有望进一步提高燃料电池渗透率。

电堆是燃料电池系统的功能核心。电堆是电化学反应发生场所，由于单个燃料电池单元输出功率较小，通常将多个燃料电池单元以串联方式层叠组合构成电堆来提高整体输出功率。电堆由双极板（BP）与膜电极（MEA）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。双极板与膜电极组件是燃料电池电堆的核心构成部分，成本分别占比 23%、64%。膜电极组件包含气体扩散层（GDL）、催化剂层（CL）以及质子交换膜（PEM）。CL 与GDL 共同构成MEA中的电极，通入的氢气与氧气在 MEA 中发生氧化还原反应产生电能。

电堆核心部件：气体扩散层、催化剂等核心材料依赖进口。1）双极板：主要作用是气液分离与电流集流，其质量占电堆的70%，体积占电堆的 50%，成本占电堆的 30-50%。国内主要以石墨双极板为主，已基本实现国产化，而国际上以金属双极板为主，我国的金属双极板仍处于研发阶段。 2）气体扩散层：主要起到支撑催化剂层、收集电流、传导气体并将反应生成的水排出的作用。气体扩散层的质量要求包括高导电率、高孔隙率、强热传导能力以及强抗腐蚀能力。国内气体扩散层研究起步较晚，且原材料受到海外封锁，技术水平发展缓慢。3）质子交换膜：在燃料电池电堆中充当电解质，其质量对燃料电池性能起着决定性作用，直接影响着燃料电池的使用寿命。目前全氟磺酸树脂质子交换膜是目前唯一能够实现商业化的质子交换膜，技术门槛高、成本高昂，国内的全氟磺酸树脂仍依赖进口。4）催化剂：主要作用是降低反应活化能以加速氧化还原反应过程。市场上主流催化剂皆为 Pt 基催化剂， Pt 金属高昂的价格是导致电堆高成本的主要原因之一，低铂催化剂、非铂催化剂以及非碳支持体系催化剂是行业研发的重点方向。我国在催化剂领域与国际先进水平仍有差距，存在催化活性相对较低、种类较少与缺乏技术验证等问题。

空压机：空气供给系统核心部件，直接影响燃料电池效率。空气压缩机负责向电堆提供最佳压力和流量的压缩空气，它直接影响燃料电池系统转换效率。一般燃料电池系统用空压机分为离心式、罗茨式、螺杆式三种，涡旋式成本较高实际应用较少。离心式空压机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面综合效果最优，随着燃料电池功率提高，离心式空压机已成为我国氢燃料电池的主流方案。相比于其他辅助系统产品，空压机在国内已较早实现了全功率段国产化。

氢气循环泵：氢气供给系统核心部件，国产化率快速提升。氢气循环泵主要功能是将电堆未反应的氢气再次循环到入口，提升氢气的利用率与安全性，同时可以将反应生成的水供给到电堆以改善电堆湿润水平。2020 年以前德国普旭的氢气循环泵在国内市占率超过90%，而近年来随着东德实业、雪人股份、瑞驱科技、浙江宏昇等国内企业的技术突破和市场放量，国产化率大大提升，同时也带动了价格的大幅下降。