氫能與燃料電池｜質子交換膜百億市場，國產化替代勢在必行

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文丨王喆  祖國鵬  袁健聰

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核心觀點

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質子交換膜下游應用廣泛，主要應用於氯鹼工業、燃料電池、電解水制氫與全釩液流電池儲能系統。根據我們的測算，我國質子交換膜市場未來將由車用燃料電池市場主導，市場規模超百億元。國內技術水平與國外尚存差距，但部分企業正在加速佈局，有望實現高端突破。

質子交換膜應用廣泛，市場主要由美日企業主導，國產突破在路上。質子交換膜是有機氟化工產業鏈中技術難度大、附加值高的環節，其原材料為全氟磺酸（羧酸）樹脂，在氯鹼工業、氫燃料電池、電解水制氫氣等領域中是必不可少的關鍵材料。歷史上，全球質子交換膜基本由國外大公司生產，包括美國杜邦，日本旭硝子與旭化成等，我國質子交換膜行業長期處於國產空白狀態，但是近年來有部分企業成功實現了國產化技術突破與批量生產。

氯鹼工業需要使用複合離子膜，國產替代需求量近7.6萬平。我國氯鹼工業所用離子交換膜長期依賴進口，目前國產離子膜的滲透率仍不高。我國國產離子膜在綜合性能及價格上仍在積極追趕國外產品，氯鹼行業「十三五」規劃中提出國產化離子膜的行業應用率達到30%的目標，國產離子膜存在廣闊的市場替代空間，我們預計2030年國產離子膜滲透率為30，國產離子膜用量約7.65萬平，市場空間為0.38億元。

氫燃料電池汽車推廣加速，質子交換膜需求量約2640萬平。質子交換膜是氫燃料電池中膜電極關鍵材料，直接影響着燃料電池的性能。我國氫燃料電池目前正處於商業導入期，我國《節能與新能源汽車技術路線圖》提出2020、2025以及2030年燃料電池汽車發展目標為1萬輛、10萬輛以及100萬輛，預計2030年將帶來質子交換膜需求量約2640萬平，市場空間可達132億元。

電解水制氫與可再生能源相偶合，質子交換膜需求量超95萬平。根據工信部指導編制的《節能與新能源汽車產業技術路線圖》規劃，我國將在2030年建設加氫站超過1000座，可再生能源制氫比例達到50%以上，我國氫源結構將產生劇烈變革。質子交換膜電解槽裝機量快速啟停，與可再生能源發電適配性優越，我們預計於2030年質子交換膜電解槽裝機量約為20-25GW，所需質子交換膜用量約為95-170萬m2，市場空間可達4.8-8.5億元。

儲能系統將成為可再生能源必備配套設施，質子交換膜需求量超15萬平。全釩液流電池因其液流系統相比於目前主流的鋰離子電池系統更加安全，受到國家政策支持。根據北極星儲能網的數據及相關政府項目公示，我國目前全釩液流電池儲能項目規模超過120MW，在建規模約110MW，按照目前建設規模約耗用15-20萬m2質子交換膜，預計市場空間可達2.2~3.0億元。

風險因素：產能建設不及預期；國產化進度不及預期；下游需求萎縮；行業競爭加劇。

投資策略：質子交換膜下游應用廣泛，主要應用於氯鹼工業、燃料電池、電解水制氫與全釩液流電池儲能系統。根據我們的測算，我國質子交換膜市場未來將由車用燃料電池市場主導，市場規模超百億元。國內技術水平與國外尚存差距，但部分企業正在加速佈局，有望實現高端突破。

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正文

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▍質子交換膜簡介：氯鹼工業與燃料電池關鍵材料

電流通路中傳導質子，阻隔電解液

質子交換膜在電池（電解池）中起到阻隔電解液，傳導質子的作用。質子交換膜目前商用的是全氟質子交換膜，其由全氟磺酸樹脂或者全氟羧酸樹脂經過成膜工藝製得，技術難度高，長期以來技術被國外企業壟斷。商用化最多的是杜邦公司nafion系列質子交換膜。全氟質子交換膜機械強度高，化學穩定性強，能夠適應苛刻的電池（電解池）的工作環境，對於裝置的電化學性能起到不可忽視的重要作用。

質子交換膜應用於氯鹼工業、燃料電池等領域。質子交換膜在氫燃料電池、電解水制氫氣等領域中所交換的陽離子為質子（氫離子H+），在氯鹼工業中，所交換的陽離子為鈉離子（Na+），又被稱為離子膜。目前產業化應用的均為全氟質子交換膜，質子交換膜使用的是全氟磺酸樹脂，離子膜使用全氟磺酸樹脂、全氟羧酸樹脂的複合膜。全氟磺酸樹脂具有強酸性，全氟羧酸樹脂具有弱酸性，更能夠適應氯鹼工業中的鹼性環境。

技術壁壘高企，氟化工產業鏈「明珠」

質子交換膜處於有機氟化工產業鏈末端，其上游是有機氟化工的單體材料，下游是基於質子交換膜的氯鹼工業、燃料電池、電解水、儲能電池等應用領域。從上游來看，質子交換膜的直接材料為全氟磺酸樹脂材料，向上延伸至有機氟化工中的四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚等單體材料，向上溯源可以追溯至螢石、氟化氫、製冷劑等原材料，從下游看，質子交換膜應用廣泛，主要應用於氯鹼工業、燃料電池、電解水、儲能電池等領域，其中氯鹼工業與燃料電池為主要應用領域。

質子交換膜的生產包括原材料單體制備、單體聚合以及薄膜加工三大環節。

1）原材料單體制備環節：以全氟磺酸質子交換膜為例進行介紹，其原材料為全氟磺酸樹脂（PFAR）。全氟磺酸樹脂由全氟磺酰氟樹脂（PFSR）經過水解轉型后得到，PFAR結構為主鏈側鏈均為氟碳結構，側鏈上帶有磺酸基團。全氟磺酰樹脂由四氟乙烯（TFE）與含有磺酰基團的全氟烷基乙烯基醚（代表化合物全氟（4-甲基-3.6-二氧雜-7-辛烯）磺酰氟，PSVE）共聚得到，其中四氟乙烯為高聚物提供氟碳骨架，提供極強的化學穩定性，全氟烷基乙烯基醚提供磺酸基團，保證質子交換膜的電化學性能。

2）單體聚合環節：生產得到TFE以及PSVE單體后需要進行共聚反應，共聚反應通常有本體聚合、溶液聚合和乳液聚合三種方式，本體聚合和溶液聚合方式應用較多。

3）薄膜加工環節：全氟磺酸樹脂製備得到的是顆粒狀產物，全氟磺酸質子交換膜加工工藝較為複雜，主要的成膜工藝為基於PFSR的熔融擠出法以及基於PFAR的溶液流延法。熔融擠出法工藝簡單、加工方便、可連續化工業生產，成膜過程中部使用溶劑，但是成膜后需要進行膜水解轉型，后處理複雜。溶液流延法成膜過程中規避膜轉型問題，但是由於在模具中澆築成型后揮發溶劑制膜，在揭膜和連續化生產中有較大不足。除此之外有鋼帶流延法以及卷材塗布法等新型方法。

質子交換膜的工業化生產在原材料大規模製備、生產工藝等方面存在一定的技術難點。

1）在原材料大規模製備方面，用於合成質子交換膜的原料PSVE（一種全氟烷基乙烯基醚）反應條件苛刻，大規模生產難度較大。PSVE生產過程中條件把控嚴格，需要在嚴格無水、惰性氣體保護、非質子溶劑、鹼金屬氟化物作用下發生反應，對反應條件要求很高，以避免產物的水解反應。在反應結束后需要通過蒸餾分離出目標聚合度的產物酰基磺酰氟。酰基磺酰氟在惰性氣體保護、碳酸鈉存在的高温條件下發生反應得到PSVE。在PSVE聚合物單體的大規模製備過程中，對企業的技術實力、設備水平、工藝環境都有嚴格的高要求。

2）在生產工藝方面，膜材料的成膜加工工藝要求較高，直接影響成品膜的品質。對於膜的厚度、機械強度在成膜工藝中有較高的要求。例如在熔融擠出法中，螺桿攪動過程中可能對膜材料分子鏈造成損傷，影響膜性能。后處理轉型工藝中，溶劑轉型以及清洗需要嚴格把控，以保證質子交換膜中雜質等含量合格。

▍產業格局：國外長期壟斷，國內產業化初顯

我國有機氟化工產業鏈保障，基礎原材料充足

上游有機氟化工產業鏈保障，基礎原料TFE產能充足。我國有機氟化工產業鏈產能有保障，在質子交換膜製備的基礎原料中，四氟乙烯產能充足。四氟乙烯由製冷劑R22生產製得，其主要用於聚合生產聚四氟乙烯（PTFE），熱裂解生產六氟丙烯（HFP）等。HFP是生產質子交換膜的原料之一。根據卓創資訊，PTFE是全球消費量最大的含氟聚合物，產能、產量、需求量均佔全球含氟聚合物的50%以上；我國聚四氟乙烯近年來產量基本維持不變，行業開工率普遍維持在52%以下，產能過剩情況嚴重。PTFE為製冷劑R22下游延伸，為消化R22產能，氟化工企業對PTFE產能進行配套建設，產能過剩較為嚴重，產能出清困難。PTFE目前處於產能過剩階段，這也凸顯出我國四氟乙烯產能充足，為下游分支HFP生產及質子交換膜生產提供了充足的產能保證。

PTFE、HFP產能分散，HFP產能逐年增長。據百川盈孚統計，我國PTFE產能目前約為14.96萬噸，其中東岳集團產能為全國第一，為4.5萬噸。2020年HFP產能為6.05萬噸，產能分散，集中度較低。近五年我國PTFE產能與HFP產能基本上呈現逐年增長態勢。上游有機氟化工產能充足，為下游質子交換膜生產提供了充分的保障。

技術水平相對落后，產能長期國外壟斷

全球質子交換膜產能基本上被國外壟斷。長期以來全氟質子交換膜生產主要集中在美國、日本、加拿大等國家，主要公司包括美國杜邦、陶氏、戈爾公司，日本旭硝子、旭化，加拿大巴拉德公司。杜邦公司為最早開發利用全氟質子交換膜的公司，2003年以前，杜邦是能夠唯一量產質子交換膜的企業，處於質子交換膜行業的頂尖位置。

我國質子交換膜發展道阻且長，成功實現產業化突破。全氟離子膜是我國國家級科技攻關項目。2002年上海三愛富新材料股份有限公司打通全氟磺酸樹脂的生產工藝，通過成膜實驗和燃料電池發電實驗，綜合性能相較於杜邦Nafion膜仍有欠缺。2005年，東岳集團與上海交通大學合作，得到國家863計劃支持，成功研製出全氟磺酸離子交換膜。歷經十余的攻關，將樹脂製備、塗布工藝探索、試驗線建設、複合膜商業化製備等，東岳集團目前已經實現了產業化突破，實現了質子交換膜及管件材料產業鏈佈局。

國內質子交換膜產業發展時間滯后於美國日本等發達國家，尚處於起步階段，面臨技術、市場、人才、資金四大壁壘：

1）技術壁壘：原材料製備難度大，實現大規模製備PSVE，使其滿足工業化生產規模具備相當大的技術難度。全氟磺酸樹脂的製備中鏈結構、交換容量、分子量的調控屬於技術難題，如何實現化學穩定性、機械強度、電化學性能均能夠滿足下游應用需求的膜材料，保證綜合性能優異是需要長足努力。

2）市場壁壘：質子交換膜下游應用燃料電池對於膜性能要求很高。質子交換膜屬於燃料電池中的核心部件，膜厚度、化學穩定性、質子傳導率等直接影響着燃料電池的綜合性能，因此對質子交換膜性能有高要求。目前商業中使用最多的仍是杜邦Nafion膜，杜邦公司在質子交換膜行業有領先的技術優勢、先發的市場優勢，處於市場主導地位。后發企業進入需要經過權威認證。東岳集團通過AFCC公司（奔馳-福特質子膜燃料電池電堆研發公司）認證。AFCC擁有專業而嚴格的鑑定程序，對於所有應用於燃料電池汽車的元器件都具有嚴格的規定和要求，按照奔馳和福特新能源汽車的設計指標，對每一個元器件都要通過三個不同階段的技術鑑定，特別對燃料電池膜更有幾十個技術鑑定指標，包括技術、產品生產、專利所有權等都要進行審覈，只有通過這三個階段的鑑定纔有可能被燃料電池汽車產業採用。

3）人才壁壘：質子交換膜膜生產對人才的綜合素質要求較高，除需要具備深厚的專業技術知識積累外，還需要具備豐富而紮實的現場生產經驗，需要在科學層面與技術層面全面解析質子交換膜生產的關鍵點，構建一支複合型的人才隊伍需要一定的時間積累。

4）資金壁壘：質子交換膜企業生產線的車間要求高，原材料生產過重中嚴格無水，對設備的需求較高。車間要求無塵車間，需要配備全自動的連續成膜設備，同時對生產線進行監控，保證生產膜產品質量合格。

國內目前成功實現質子交換膜量產的企業為東岳集團。

▍下游需求：應用領域廣闊

質子交換膜下游應用廣泛，氯鹼工業、燃料電池、電解水制氫以及全釩液流電池中關鍵膜材料均為質子交換膜。氯鹼工業是重要的基礎化工部分，目前所用到的生產工藝幾乎都是離子膜法，質子交換膜是關鍵部件。燃料電池和電解水制氫屬於氫能發展利用計劃中的兩個關鍵部分，燃料電池是氫能的理想應用方式，能量利用率高，能夠充分發揮氫能清潔高效的特點。據《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》，電解水制氫將會成為可再生能源平價上網之后的最有前景的制氫方式。全釩液流電池屬於儲能系統，近年來其技術的快速發展已經具備了商業化能力，液流電池儲能將在儲能系統中的比例升高。上述四個系統中，質子交換膜為最關鍵的材料，起到傳導離子（質子），分隔電解液，形成電流通路的作用，是必不可少的組件，其性能優劣將直接影響系統運行功效。

氯鹼工業：離子膜法是主流工藝，國產替代空間大

氯鹼工業普遍採用的工藝是離子膜法。氯鹼工業生產主要有三種方法：隔膜法、離子膜法與水銀電解法。水銀電解法因為用到大量的水銀已經被淘汰，而離子膜法相較於隔膜法來説耗電低、液鹼濃度高、生產自動化程度高、環境污染少等優點，是氯鹼工業的發展方向。早期離子膜價格昂貴，但是在離子膜國產化技術成熟的背景下，離子膜法在氯鹼工業中逐漸推廣。目前離子膜法燒鹼是世界氯鹼工業普遍採用的工藝，採用離子膜法生產燒鹼的噸綜合能耗比隔膜法燒鹼低1/3，根據《「十四五」我國氯鹼化工轉型升級發展途徑研究》（蔡傑）的數據，我國目前離子膜法工藝使用率接近100%。

全氟離子交換膜是氯鹼裝置的核心材料。全氟離子交換膜是氯鹼裝置的核心，由全氟磺酸膜、全氟羧酸膜與聚四氟乙烯增強網布複合而成，並且在膜的兩面附有親水塗層。氯鹼複合膜的磺酸層較厚，具有較高的離子傳導性，降低膜電阻；羧酸層較薄，對Na+有高度選擇性而阻擋OH-的反滲透，提高膜的電流效率。全氟羧酸樹脂不同於全氟磺酸樹脂，其具備弱酸性，更能夠適應氯鹼工業中的鹼性介質。

氯鹼行業開工率保持高位，產能受到政策限制。氯鹼工業是高耗能行業，國家對新進產能有明確限制，對於新建燒鹼裝置起始規模必須達到30萬噸/年及以上，對於新進產能只能通過對原有產能進行等量或者減量置換。內蒙古自治區從2021年起不再審批燒鹼產能，確有必要建設的，須在區內實施產能和能耗減量置換。短期來看我國氯鹼工業產能基本保持穩定，增速緩慢。根據氯鹼工業協會的統計，在旺盛的下游需求下，以燒鹼生產為例，近五年燒鹼產能始終保持高開工率，開工率在80%以上。

國產離子交換膜性能追趕，使用裝置運行穩定。我國經歷長期的研發，國產離子交換膜在綜合性能、性價比上都有所突破，以東岳集團為代表的氯鹼膜應用到國產氯鹼裝置中，長期運行狀態下性能可以與國外離子膜相當。營創三徵精細化工公司有20萬噸離子膜燒鹼產能，國產離子膜DF2806膜與DF2807膜在其電解裝置中進行應用。DF2807膜是國產高電流密度氯鹼膜，帶犧牲纖維，採用自主研發的雙層共擠的成膜工藝，具有更加優異的抗剝離氣泡性能。根據《新一代國產氯鹼膜DF2807的應用數據對比》（張鐸）的數據，截至2019年，DF2807型號離子膜在國內安裝規模接近40萬噸/年。

國外離子交換膜長期領跑，國產離子膜替代市場廣闊。我國氯鹼工業所用離子交換膜長期依賴進口，目前國產離子膜的滲透率仍不高。據中國氯鹼工業協會介紹，離子膜國產化以來，國外公司均採取降價等手段保持其離子膜產品在我國市場的主導優勢。2010-2017年，進口膜平均售價下降約25%，影響了相關企業換用國產化離子膜的積極性。我國國產離子膜在綜合性能及價格上仍在積極追趕國外產品，氯鹼行業「十三五」規劃中提出國產化離子膜的行業應用率達到30%的目標，國產離子膜存在廣闊的市場替代空間，我們預計2030年國產離子膜滲透率為30%，國產離子膜市場空間為0.38億元。

燃料電池：國家政策支持，處於市場導入階段

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是最為常用的燃料電池形式。燃料電池分為低温燃料電池、中温燃料電池以及高温燃料電池，其中質子交換膜燃料電池屬於中温燃料電池，其具有體積小、工作效率高、啟動迅速、壽命長與電流大等優點。據E4tech統計分析，PEMFC在燃料電池類型的出貨量中佔據主導地位，無論是台套數(目前每年超過44,000台套)還是兆瓦出貨量(目前超過1000MW)，過去5年來均保持高速的增長。從世界地區分佈來看，亞洲是燃料電池出貨量最大的區域，大部分燃料電池都裝載於交通運輸工具上。

我國燃料電池產業政策支持，快速發展。根據國家發改委的統計數據，中國10%以上的碳排放來源於交通運輸行業，汽車新能源化在降低碳排放方面有重要潛力。燃料電池電動汽車（FCEV）屬於新能源汽車等四大類型之一，車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣，需要配套加氫站、加氫設施予以支持。根據**的統計，中國燃料電池汽車銷量自2015年度的10輛增加至2018年的1527輛，已進入商業化的初期階段，2020年保有量為7355輛。我國《節能與新能源汽車技術路線圖》提出2020、2025以及2030年燃料電池汽車發展目標為1萬輛、10萬輛以及100萬輛。政策支持下，我國氫燃料電池汽車產業將步入快速發展階段。

燃料電池質子交換膜市場空間廣闊。我國目前由於燃料電池汽車總體產量規模仍然較小，燃料電池系統成本仍然較高，現階段整車成本仍然高於動力電池汽車和燃油車。隨着生產規模的擴大，燃料電池系統成本將快速下降。質子交換膜作為核心零部件，目前成本約佔燃料電池電堆10-20%，。據美國能源局統計，目前質子交換膜的使用量約為0.1-0.2m2/KW，燃料電池功率不斷提升。目前中國商用車助推的中重型卡車功率大於120KW，49噸牽引車約220KW。隨着我國氫燃料電池汽車產量的提升，國產質子交換膜替換市場空間十分廣闊。

電解水制氫：與可再生能源結合，實現「風光無限」

全球主要依賴天然氣等化石能源，可再生能源制氫將改變氫源結構。根據中國氫能標準化技術委員會及《2018年中國車用氫能產業發展藍皮書》（中國汽車技術研究中心有限公司）的統計數據，全球平均氫氣有48%來源於天然氣、30%來自於副產氫、僅18%來源於煤炭。日本由於資源短缺問題，其一直致力於打造一條全球無碳化氫供應鏈，主要依靠基於"可再生能源"發電，利用水電解生產的氫燃料，電解水制氫佔比達到了63%。而中國的氫能源結構仍以煤炭為主，煤制氫佔比62%，天然氣制氫佔19%，而電解水制氫僅佔1%，氫源結構需要優化。《節能與新能源汽車產業技術路線圖》中表示我國將在2030年建設加氫站超過1000座，可再生能源制氫比例達到50%以上，由此我國氫源結構將產生劇烈變革。

電解水制氫與可再生能源結合，緩解棄電難題，質子交換膜電解水工藝適用性、針對性更強。根據國家統計局的數據，2018年我國棄風率達到7%，棄水、棄風、棄光總量達1022.9億kWh，按照10%用於制氫計算，可滿足超過100萬輛乘用車用氫需求，2020年可再生能源利用率提高，基本上平均利用率為96.6%以上，三電棄電量約為520億kWh。使用低成本的可再生能源棄電進行電解水制氫可保證資源的有效利用，我國示範項目包括張家口海珀爾風電制氫站項目（一期）和沽源風電制氫綜合利用示範項目（一期）。我國電解水制氫方法中較為成熟的是鹼性電解槽方法，也是目前主要應用方法，其技術較成熟、投資較低，但是不適合可再生能源的不穩定性電力匹配。質子交換膜電解水制氫技術適應可再生能源發電的波動，佔地緊湊，具備產業化規模化發展的基礎條件。

電解水制氫戰略地位不斷凸顯，真正做到零碳排放與「風光無限」，帶動電解槽系列產品的快速發展。隨着質子交換膜等關鍵材料的規模化生產以及政策的推動，我國質子交換膜電解水技術將迎來長足的發展。《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2020》（中國氫能及燃料電池產業創新戰略聯盟）指出可再生能源制氫成本有望在2030年實現平價，在2060年碳中和情景下可再生能源制氫規模有望達到1億噸，並在終端能源消費佔比中達到20%。在2030年碳達峰情景下，《白皮書》預計我國氫氣的年需求量將達到3715萬噸，在終端能源消費中佔比約為5%，可再生氫產量約為500萬噸，部署電解槽裝機約80GW。其中鹼性電解水技術和質子交換膜電解水技術將產生創新和競爭，來適應不同的應用場景。質子交換膜電解水技術與風光棄電相結合，按照2020年三電棄電量520億千瓦時計算，可產生116萬噸氫氣，部署電解槽裝機量需求為18.6GW，在可再生能源電解水制氫的大趨勢下，質子交換膜電解槽裝機量需求所佔比例將會繼續提高，我們預計於2030年質子交換膜電解槽裝機量約為20-25GW，所需質子交換膜用量約為95-170萬m2，市場空間可達4.8-8.5億元。

液流電池儲能系統：與風光發電配套建設，充分利用棄電

全釩液流電池：安全高效、富有潛力的儲能系統。全釩液流電池因其液流系統能夠保障安全運行，相比於目前儲能主流的鋰離子電池系統更加安全，其使用壽命可達20年，充放電數萬次，生命周期是傳統電池的3-4倍。目前應用的商業化程度最高的導電膜是杜邦的Nafion膜。隨着高功率密度全釩液流電池電堆的開發成功，和新一代全釩液流電池技術的成熟以及產業鏈上游更多企業的參與，全釩液流電池在初始投資成本和系統效率等方面的競爭力將不斷提升。

產業支持力度提高，配套政策實施。隨着可再生能源發電裝機量的提升，需要配套相關儲能設備。我國國家及地方均推出相關政策，將風光發電與儲能系統進行配套建設，推動可再生能源的儲能計劃實施。

我國儲能結構中液流電池儲能系統佔比小。我國儲能結構中，抽水蓄能佔比最高，其次是鋰離子儲能技術，液流電池儲能技術佔比最小。在可再生能源棄電較多的情況下，能夠充分發揮可再生能源併網、調峰調頻、離島供電與平滑輸出的功能。液流電池輸出功率為80-120mW/cm2，根據北極星儲能網的統計數據以及相關政府項目公示，我國目前全釩液流電池儲能項目規模超過120MW，在建規模約110MW，按照目前建設規模約耗用15-20萬m2質子交換膜，我們預估在建工程完工后需要質子交換膜數量翻番。隨着儲能技術的不斷發展，我國全釩液流電池儲能規模將得到進一步的發展，質子交換膜的市場空間隨之增長，國產質子交換膜替代勢在必行。

氫能源產業鏈帶動質子交換膜下游需求快速提升。目前燃料電池所用的氫大多是工業副產氫。未來隨着燃料電池的發展，對「綠氫」的需求會越來越高，質子交換膜電解水制氫是未來氫能源的重要來源。風光發電的快速發展，將帶動棄電制氫、儲能系統的共同發展，二者發展均離不開質子交換膜，預計2030年我國質子交換膜用量將達到2765-2850萬m2，應用主要集中在氫燃料電池車領域，其次是質子交換膜電解水工藝和全釩液流電池領域，市場空間將達到百億元量級。

▍質子交換膜國產化：龍頭公司不斷突破，國產化率有望快速提升

東岳集團是國內少有的具有含氟質子交換膜產品的龍頭企業，國產替代勢在必行。質子交換膜按照分子結構可以分為非氟類、部分含氟類以及全氟類，全氟類質子交換膜分子結構最穩固、耐用性最好以及壽命最長，是質子交換膜發展的方向。日本和歐盟是世界上質子交換膜主要的產研區域，根據德温特創新數據庫的數據，日本質子交換膜專利數量達到全球50%的水平，中國相關專利只有10%左右的水平。日立造船已有兆瓦級別的制氫產品，東芝H21已經可以作為應急電源使用。東岳集團已經具有成熟的全氟磺酸質子交換膜產品生產能力，在全國範圍內開展銷售，可用於質子交換膜燃料電池、電解水制氫等領域。從質子傳導率和穩定性等指標評價，全氟磺酸膜是目前車用質子交換膜的最佳選擇。

自主創新能力強，技術攻關實現從0到1的突破。東岳集團經歷15年的發展，從樹脂材料的製備到塗布工藝的研發，到標準化生產、高端膜的研製，再到生產線投產，新一代交換膜的研發定型，凝結着公司智慧與汗水的結晶，將科學、技術、設備、管理的經驗融為一體，完成屬於中國企業的自主創新項目。東岳氫能立足於東岳集團三十一年發展而來的氟化工產業基礎與十五年特種含氟化學品、離子交換樹脂及功能膜材料的研發技術積澱，進行攻關克難，目前擁有國內外發明專利150余項。同時已於2013年和加拿大車用燃料電池系統公司AFCC簽署聯合研發協議，共同研發低成本高性能燃料電池膜及催化層樹脂。目前，東岳集團相關產品已通過AFCC技術鑑定，進入批量化生產階段。

產業鏈佈局完整，競爭能力強勁，規模走向量產化。依託於母公司的氟化工產業基礎，東岳氫能將生產發展的重心放在氫能的攻關上面。將產業鏈從TFE、HFP繼續進行延伸生產磺內酯、氟樹脂、HFPO、ETFE樹脂等關鍵材料，所有主要原料全部自產，將產業鏈做到全面可控。質子交換膜下游要求較高，需要嚴格的化學穩定性以及較高的機械強度，原材料合成難度高、製備工藝複雜，需要上游環節把控嚴格，未來氫能通過母公司雄厚的氟化工背景，打通產業鏈，膜產品已經通過下游龍頭認可，從研發優勢、產業鏈佈局程度來看，未來氫能競爭能力強，未來市場首屈一指，不可替代性較強。2020年11月，東岳未來氫能150萬m2/a燃料電池膜一期工程正式投產，一期項目年產量為50萬m2。

▍風險因素

產能建設不及預期；國產化進度不及預期；下游需求萎縮；行業競爭加劇。

▍投資建議

質子交換膜下游應用廣泛，主要應用於氯鹼工業、燃料電池、電解水制氫與全釩液流電池儲能系統。根據我們測算，2030年我國氯鹼工業國產離子膜需求量約為7.6萬平，我國車用燃料電池用質子交換膜需求量超2640萬平，電解水制氫電解槽用質子交換膜需求量超95萬平，全釩液流電池儲能用質子交換膜需求量超15萬平。總體而言，預計我國質子交換膜市場未來將由車用燃料電池市場主導，2030年市場規模將超百億元。國內技術水平與國外尚存差距，但部分企業正在加速佈局，有望實現高端突破。