目前質子交換膜主要用于燃料電池、純水電解制氫電解槽和液流電池中，其作用是傳導質子、隔離氣體和反應物質。
質子交換膜按照其合成結構，可以分為均質膜和復合膜。復合膜是在質子交換膜合成過程中復合增強層，提升質子交換膜的機械性能，可以將質子交換膜做薄。目前在燃料電池中，質子交換膜多為復合膜，在純水制氫電解槽和液流電池中，質子交換膜類型多為全氟磺酸均質膜。同時，在不同的應用領域中，質子交換膜的市場現狀、市場前景均有所差別。
GGII數據顯示，2021年中國氫燃料電池領域國產膜電極所需質子交換膜的量為11.2萬平米，較上年增長超150%。國產膜電極需求量增長將帶動質子膜的需求量逐步提升。
在燃料電池質子交換膜國產化率上，GGII數據顯示，2020年國產膜電極質子交換膜需求量為4.4萬m2，其中國產質子交換膜的市場占有率為7.5%。2021年國產質子交換膜的市場占有率為11.61%。
2020-2021年氫燃料電池質子交換膜國產化率（單位：%）
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
從市場競爭格局來看，目前國內氫燃料電池市場中，質子交換膜市場仍以國外品牌為主，國產質子膜中目前東岳未來氫能，憑借多年開發和應用積累，2021年在國內燃料電池質子交換膜的市場份額達到9%，較上年提升約一倍。此外，科潤新材料、武漢綠動、浙江漢丞等也正在積極導入，開始進行產品驗證及小批量出貨，同時廣東埃蒙特、華誼集團等也在研發氫燃料電池質子交換膜，國內競爭日益凸顯。
2020-2021年國內市場氫燃料電池質子交換膜市場競爭格局
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
PEM電解水制氫質子交換膜目前市場規模較小，主要市場份額被科慕（原美國杜邦）Nafion?系列膜占據，2021年市場份額高達76%，國產質子交換膜的市場占有率為21.45%。GGII調研顯示，目前國內頭部PEM電解水制氫質子交換膜供應商東岳未來氫能已經完成部分客戶前期應用驗證，2021年開始國產化替代，市場占有率約為15%。
2021年PEM制氫質子交換膜國產化率（單位：%）
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
根據高工產研氫電研究所（GGII）測算，2020年需求量達到4.1萬平方米，市場規模達到0.8億元。2020和2021年整體需求規模均保持50%以上的增速，主要因為大連200MW/800MWh全釩液流儲能調峰等前幾年簽訂項目訂單陸續出貨投產，以及襄陽100MW全釩液流電池儲能電站等眾多新項目的簽訂與立項帶動的采購需求增加。
2021年中國市場液流電池質子交換膜國產化率約為23.15%，其中國內出貨量靠前的企業為科潤新材料和東岳未來氫能，其余國內企業液流電池質子交換膜均處于向下游送樣驗證階段。從競爭格局來看，國內市場仍以科慕（原杜邦）的全氟磺酸樹脂膜為主要應用產品，其市場占比達75%。而國產的液流電池質子交換膜市場中，有多年全氟磺酸質子交換膜研發與生產基礎的東岳未來氫能2021年已正式進入該應用市場。
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
2021年8~12月國內五大氫燃料電池車示范城市群落地。從各個示范城市群的示范目標來看，4年后，國內示范區氫燃料電池汽車推廣數量超3萬輛。
同時，2021年4月，科技部“氫進萬家”科技示范工程落戶山東，示范工程項目周期為5年，計劃推廣燃料電池整車6000輛。因此，到2025年，氫燃料電池汽車示范城市群和“氫進萬家”科技示范項目，預計可以推廣超3.8萬輛氫燃料電池汽車。
另外，從國內各地氫燃料電池汽車推廣規劃來看，到2025年，氫燃料電池汽車總計規劃推廣數量達到6.6萬輛。
同時，《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》規劃，到2025年中國燃料電池汽車保有量達到5~10萬輛，到2030年中國燃料電池汽車規模在80~100萬輛。
綜上，GGII預計，2022年國內氫燃料電池汽車銷量在1.1萬輛左右，同比上年增長171.3%；2025年國內氫燃料電池汽車銷量預計可達3.7萬輛，2030年中國氫燃料電池汽車預計銷量可達49萬輛，2022年~2030 年年復合增長率為85%。
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
2022年3月23日，國家發改委、國家能源局《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》中指出，穩步推進氫能多元化示范應用。“十四五”時期，氫能產業的創新應用除交通領域外，還包含儲能、發電和工業等領域。2021年~2022年，在氫發電、熱電聯產、船舶、無人機等領域，燃料電池應用開始“起風”，但多數為示范項目和小批量訂單，其應用仍以交通領域為主。
隨著國內市場大功率電堆和系統不斷推出，下游應用逐步起量，GGII預計，2025年國內氫燃料電池電堆功率需求約為5.1GW，2022-2025年年復合增長率為62%。預計到2030年國內市場氫燃料電池電堆功率需求約為125GW，2022-3030年年復合增長率為76%。
2021-2030年國內氫燃料電池電堆功率需求預測（單位：MW）
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
而電堆功率的增長，將帶動上游燃料電池質子交換膜的需求量向上增長。GGII預計，到2030年國內氫燃料電池市場質子交換膜的需求量將達到947.7萬m2。
據GGII調研統計，2021年中國電解水制氫設備市場規模超過9億元，出貨量超過350MW。目前中國電解水制氫設備以堿性制氫為主，2018年及2020年中國堿性電解水制氫設備裝機規模分別為196MW和275MW。由于設備造價昂貴，PEM制氫設備在傳統用氫行業應用案例較少，且制氫規模普遍在10Nm3/h以下，2021年國內PEM制氫設備規模接近20MW。
《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》將氫能視為可再生能源規模化高效利用的重要載體，鼓勵在風光水電資源豐富地區開展可再生能源制氫示范，探索季節性儲能和電網調峰，制氫儲能成為推動電解水制氫設備市場增長的重要驅動力。《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》規劃，到2025年可再生能源制氫量達到10-20萬噸/年。GGII預計，可再生能源制氫比例將由2025年的3%提升至2035年的20%左右。可再生能源電解水制氫項目興建，將帶動電解水制氫設備需求爆發式增長。
GGII預計，2022年中國電解水制氫設備市場需求有望達到730MW，同比2021年接近翻番；2025年國內電解水制氫設備市場需求量將超過2GW，相比2020年增長6倍以上；2022-2025年中國堿性及PEM制氫設備裝機規模年均復合增長率有望達到48%和126%，PEM制氫設備將迎來規模化示范應用。隨著國內PEM制氫設備技術的發展，質子交換膜、催化劑等核心材料逐步實現國產化，疊加規模化生產降本，預計到2030年PEM電解水制氫設備的規模在2030將超2GW。
2018-2030年中國電解水制氫設備裝機規模及預測（單位：MW）
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
PEM電解水制氫設備的規模增長將進一步帶動PEM電解水制氫質子交換膜的需求增長，GGII預計，到2030年中國PEM制氫質子交換膜的需求規模為9萬平米，國產化替代空間大。
2021年國家發改委、能源局發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）》，對儲能發展的系列問題提出整體思路。對于發展目標，征求意見稿提出到2025年，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展轉變。市場環境和商業模式基本成熟，裝機規模達30GW以上。2021年儲能液流電池由于系統價格高昂、產業配套不完善等制約因素，整體市場裝機容量仍然處于較低水平。但液流電池有望在可再生能源并網、電網側削峰填谷等長時間、大容量儲能領域首先爆發，并與抽水蓄能和鋰離子電池儲能形成有力的互補與支撐。
GGII預計，未來中短期液流電池仍會以全釩液流電池為主，到2030年中國液流電池儲能市場出貨量規模將達到7GW。
2019-2025年中國液流電池儲能市場裝機量預測（單位：MW，%）
資料來源：高工產研氫電研究所（GGII），2022年5月
液流電池市場規模增長，帶動上游質子交換膜需求量和市場規模提升。GGII預計到2030年液流電池質子交換膜的總需求量達385萬m2，未來市場規模總額將超過30億元。
整體來看，下游需求空間大、國家政策支持關鍵材料自主化，質子交換膜國產化替代空間大。
原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：質子交換膜國產化替代空間探究
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