把质子交换膜的秘密揭个底儿掉！

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质子交换膜是一种致密的离子选择性透过的膜，在电解水制氢中承担着重任。据国海证券的预计，受益于电解水高速发展，2022-2025年国内PEM制氢对质子交换膜的需求量分别为0.5、1.0、1.7和2.9万平米，对应市场规模达13.0、25.4和47.2亿元。

质子交换膜曾经是外企的天下，但随着中国对氢能产业的大力支持，国内也涌现了一批优秀的质子交换膜企业

PEM制氢走向兆瓦级

质子交换膜最早应用于海水淡化与氯碱工业。工业化历程始于20世纪70年代，最早由美国杜邦公司开发全氟磺酸离子分离膜并将其应用于氯碱工业，后续美国通用公司将全氟磺酸膜应用于质子交换膜燃料电池，美国GE公司将全氟磺酸膜应用于电解制氢技术。

双碳战略背景下，氢能凭借环保、高热值和转化率、可提升可再生能源利用率等优势，迎来发展新机遇。在技术层面，电解水制氢技术可分为碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOE)和阴离子交换膜电解水制氢（AEM）。其中PEM电解制氢能够提供更宽的负载范围和更短的响应启动时间，与水电、风电、光伏具有良好的匹配性，适合未来能源结构的发展，由此成为与碱式电解水制氢并驾齐驱的一种制氢技术。

PEM水电解槽主要内部组件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中质子交换膜、催化层与扩散层组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所。

作为水电解槽膜电极的核心组件，质子交换膜不仅传导质子，隔离氢气和氧气，而且还为催化剂提供支撑，其性能的好坏直接决定水电解槽的性能和使用寿命，因此在整个设备中至关重要。

从技术角度看，PEM电解水技术具有独特优势，许多新建项目开始转向选择PEM电解技术，近年开始获得较多的市场份额。近年，国内以PEM制氢为代表的可再生能源制氢项目明显增多，项目逐渐呈现大型化、规模化、综合利用趋势，同时产品研发及市场推广进程加快。兆瓦级PEM制氢项目名称及规模如下：

质子交换膜种类繁多

根据质子交换膜含氟量的不同，分为全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、复合膜。其中由于全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯结构，其碳-氟键的键能高，在力学性能、热稳定性、化学稳定性上有更为优秀的表现，使得此类质子交换膜比其他膜材料具有更长的使用寿命，同时由于分子支链上存在亲水性磺酸基团，离子传导特性更为优异。因此，全氟磺酸膜是目前主流的质子交换膜方案。

全氟磺酸膜目前的制备方法主要有三种：熔融挤出流延法，溶液浇注成型法，以及溶液钢带流延法，其中熔融挤出流延法是目前最为成熟的加工方法，主要材料分别为全氟磺酸树脂（PFAR）和全氟磺酰树脂（PFSR）。

国内质子交换膜企业一览

质子交换膜由于制备工艺复杂，长期被杜邦、戈尔、艾杰旭等美国和日本少数厂家垄断。近年，质子交换膜国产化提速，东岳、科润等企业积极布局，据统计，目前国内现有质子交换膜产能达140万平米/年。同时，东岳、科润新材料持续扩能，东材科技、泛亚微透、万润股份等新进入者也积极布局新产能。

1、武汉绿动氢能能源技术有限公司

武汉绿动氢能成立于2020年7月，是国家电投氢能公司在武汉市注册成立的全资子公司，专注于质子交换膜、电堆和系统的研发、生产和销售。该公司也是国家电投集团落地武汉经济开发区的重点项目“国家电投华中氢能产业基地及研发中心”的承接主体。

2021年12月5日，国内首条全自主可控的氢燃料电池质子交换膜生产线在武汉投产，预计年产能30万平方米，可生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜，产品在质子电导率、气体渗透率（H2）、机械强度等方面均相当或优于国内外同类竞品，但价格只有国外同类产品的一半。

2、山东东岳未来氢能材料股份有限公司

东岳未来是一家氢燃料电池生产商，成立于2017年12月19日，致力于为燃料电池生产企业用户提供燃料电池膜以及配套化学品等材料产品。

东岳是国内质子交换膜领军企业。目前东岳 DF260 膜厚度最低可达 10um，通过AFCC6000 小时测试，在 OCV 情况下耐久性大于600 小时，在干湿循环和机械稳定性方面，循环次数都超过 2 万次。

3、苏州科润新材料股份有限公司

苏州科润新材料股份有限公司有着超过10年的离子膜技术开发经验，拥有16项全氟离子膜方面的技术专利（其中一项PCT国际专利），是中国第一家钢带流延法批量生产全氟离子膜的企业。公司由国家万人计划专家杨大伟创办，与厦门大学长期开展离子膜技术合作，共建江苏省内唯一的全氟离子膜工程技术研究中心，该中心已通过了江苏省二维材料重点实验室的验收。

4、江苏源氢新能源科技股份有限公司（泛亚微透）

江苏源氢新能源科技股份有限公司成立于2022年1月，泛亚微透参股，位于江苏省常州市武进区。公司以膨体聚四氟乙烯（ePTFE）膜技术及涂布设备和工艺应用经验为基础，在氢质子交换膜（PEM）、功能膜电极组件（MEA）和氢质子交换膜燃料电池（PEMFC）等关键材料及零部件方面进行创新研发和产业布局，致力于我国新能源产业积极发展。

2022年8月8日上午，江苏源氢新能源项目在江苏省常州市武进区开工奠基，主要研发生产电堆系统采用的质子交换膜，项目分两期建设，预计年产氢质子交换膜约650万平方米。

5、上海中科同力化工材料有限公司

上海中科同力化工材料有限公司，成立于2002年2月，由中国科学院上海有机化学研究所、上海同济科技实业股份有限公司以及上海神力科技有限公司等投资者共同组建而成。主要业务领域包括 OPC / OLED 化学品的创新合成工艺开发和产品研制、吲哚系列衍生物以及其他特殊结构的医药中间体的研制、具有质子交换功能的创新化学结构的树脂和膜材料、高分子改性添加剂、同时致力与化学和化工过程的自动控制技术和产品及服务的开发和经营。

该公司开发的质子交换膜应用于我国首台燃料电池电动汽车。中科同力先后得到国家多项研究经费支持。创新完成了“部分含氟质子交换树脂”的中试规模合成技术研究；创新完成了中试规模的膜制备研究；初步测试电化学性能与进口膜相近，而成本大大低于进口膜。

6、浙江汉丞科技有限公司

汉丞科技是一家含氟薄膜材料及产品研发商，旗下主要产品涵盖纳米微孔薄膜材料、超薄增强氟膜等产品，应用于新能源电池、节能环保、个人防护、航空航海、医疗等领域，利用该材料研制的车用氢燃料电池具有环保、零碳、无臭气的特点。

汉丞Hyproof增强型全氟磺酸质子交换膜是一种超薄增强型复合膜，可用于燃料电池质子交换膜电极、水电解制氢隔膜、储能电池隔膜及许多电化学应用。具有良好的质子选择性，高机械强度，高离子传导率，低溶胀形变，耐强酸，使用寿命长等特点。

7、深圳市通用氢能科技有限公司

深圳市通用氢能科技有限公司（简称“通用氢能”）成立于2018年，是华电重工股份有限公司控股的国家高新技术企业，公司致力于氢能关键材料气体扩散层、质子交换膜及催化剂的研发与批量化制造，解决PEM电解水制氢和氢燃料电池领域的“卡脖子“问题，通过关键材料的降本增效助力我国氢能产业的快速发展。

8、上海华谊三爱富新材料有限公司

上海华谊三爱富是国内专业从事氟聚合物、氟精细化学品、氟制冷剂等各类含氟化学品的研究、开发、生产和经营的企业。其前身是成立于1960年4月的上海合成橡胶研究所(SISR)，1981年5月研究所更名为上海市有机氟材料研究所(SIOFM)。

1992年8月由上海市有机氟材料研究所相关资产改制为上海三爱富新材料股份有限公司，并在上海证券交易所上市，2017年进行重大资产重组，100%由上海华谊(集团)公司控股，并更名为上海华谊三爱富新材料有限公司。主要经营范围为有机氟材料及其制品、化工产品等。

在燃料电池研发应用领域，上汽集团与华谊集团将发挥所长攻克关键技术，实现基础核心材料（如质子交换膜）的国产化替代。

9、武汉理工新能源

武汉理工新能源有限公司成立于2006年5月22日，由武汉理工大学和湖北省市政府共同投资，注册资金5000万元人民币。

公司依托武汉理工大学在质子交换膜燃料电池关键材料、核心组件、燃料电池发动机及燃料电池汽车等方面的优势，开发了具有自主知识产权的燃料电池核心组件膜电极（CCM/MEA）制备技术等。公司拥有多项专利技术，拥有一流水平的高素质研发团队、国际先进水平的研发条件及仪器，具有极强的科技创新能力。

公司主要致力于质子交换膜燃料电池膜电极及燃料电池模块的开发、生产与销售，目前建成了一条质子交换膜燃料电池膜电极生产线，并通过了ISO9001质量认证，其产品已向北美及国内市场销售。公司的战略目标是成为中国最大的、具有国际竞争力的专业燃料电池膜电极供应商。

除此之外，膜电极生产企业有：未势能源、擎动科技、新源动力、鸿基创能、唐锋能源、南科燃料电池、桑莱特、喜玛拉雅氢能、亿氢科技、国氢科技、东方电气、泰极动力、中氢科技、锋源氢能、博氢集团、中自科技、俊吉科技、全柴动力等。

国外质子交换膜名企

质子交换膜技术起于欧美，在欧美有多个企业为质子交换膜的多种应用场景提供产品。

1、戈尔Gore

戈尔公司由Wilbert L. (Bill)和 Genevieve (Vieve) Gore于1958年在美国特拉华州纽瓦克市创立。凭借在多功能聚合物——聚四氟乙烯(PTFE)领域的多项专利技术，戈尔生产出应用于医疗植入、纺织品层压面料等领域的众多产品，以及用于多种行业的电缆、过滤、密封、薄膜、透气和纤维技术。

GORE-SELECT质子交换膜凭借戈尔在ePTFE（膨体聚四氟乙烯）增强型复合膜技术方面的专业知识，具有超薄、耐用、高功率密度的特性，可实现高功率输出且能源损失非常小，广泛应用于全球领先燃料电池车型上，如丰田MIRAI、现代NEXO和本田CLARITY等，被认为是满足汽车应用挑战的行业标准。

2、科慕Chemours

科慕公司2015年7月完成与杜邦公司的拆分工作，成为一家运营的上市公司，其前身是杜邦公司高性能化学品事业部。

科慕在钛白科技、氟产品和特殊化学品等三个业务领域是全球领先，为遍及130多个国家/地区、5000多家客户提供的产品、应用技术和以化学为基础的创新解决方案。

3、FuMa

FuMA Tech（FUMATECH BWT GmbH）公司位于德国，是一家主要从事燃料电池技术和膜分离技术领域的高科技公司。

fumapem全氟磺酸/聚四氟乙烯共聚物是用于燃料电池应用的质子交换膜的标准聚合物材料。膜具有高耐化学性和机械性的特点，这也可以通过使用增强织物来提高，以确保产品的处理和使用寿命。

4、巴斯夫BASF

巴斯夫（自2008年1月14日起更名为巴斯夫欧洲公司，BASF SE）是一家德国的化学公司，巴斯夫集团在欧洲、亚洲、南北美洲的41个国家拥有超过160家全资子公司或合资公司，总部位于莱茵河畔的路德维希港，亚太区总部位于香港。

巴斯夫开发了一种质子传导膜，可在高达 180°C 的温度下使用，用于坚固的燃料电池系统和更有效地从气体混合物中分离氢气。

循环操作、气流中的各种杂质以及不断变化的应用条件都会对高温聚合物电解质膜 (PEM) 燃料电池和电化学氢分离系统中的材料造成压力。这就是 Celtec ?膜电极组件 (MEA) 显示其优势的地方。MEA 的核心 Celtec 膜允许在 120 至 180°C 的温度下运行，从而实现高杂质耐受性并简化水管理。

5、艾杰旭AGC

AGC株式会社，中文名艾杰旭，原名为旭硝子，创立于1907年，在玻璃及氟化学等核心技术方面拥有雄厚的技术实力，以玻璃、电子与能源及化学品事业为中心，以稳定性与成长性兼备的均衡性良好的事业组合为特征，在其各产品领域中均占有领先的市场份额。

AGC化学品集团公司成立最初是为了提供平板玻璃所需原料苏打灰，而发展至今其产品由两大部分构成：基础产品类（以盐水电解而来的苛性钠为基础）及精细产品类（以盐水电解同时产生的氯为基础，以由此发展而来的氟化学及聚氨酯化学为主体）。

FORBLUE  i-SERIES（燃料电池用电解质聚合物分散液）是由AGC开发的将含氟电解质聚合物分散在溶剂中的溶液，用于燃料电池的电解质膜和电极。高发电量：AGC 的聚合物设计技术有助于大幅提高燃料电池的发电性能。长期稳定性：由于我们独特的高耐久性技术，即使在燃料电池恶劣的运行环境中也可以长时间稳定运行。

6、索尔维

索尔维（Solvay）是一家总部位于比利时首都布鲁塞尔的跨国性化工集团，产品领域涵盖先进配方，先进材料，功能性聚合物，高性能化学品等。

Solvay 的 Aquivion 产品组合拥有业界最广泛的产品形式和组成，范围从离聚物膜、分散体和其他全氟产品形式，是与燃料电池、电解槽和液流电池等电力存储和转换设备结合使用的关键材料。

Aquivion 离聚物卓越的质子传导性被用于燃料电池中，以实现卡车、公共汽车和乘用车的零排放运输；具有出色的化学和热稳定性，能够以更低的碳足迹实现高效的绿色氢气生产。

7、3M

3M是起源于美国的跨国综合制造公司，成立于1902年，生产超过55,000种产品，包括研磨材料、胶带、合剂、电子产品、显示产品、医疗产品以及家庭产品等。

另外著名的生产商还有庄信万丰、巴拉德等。

质子交换膜在燃料电池、电解水制氢、全钒液流电池的技术发展中扮演重要角色。国际能源网/氢能汇（微信公众号：h2-2005）认为，随着我国在“双碳”环境下能源结构转型、储能需求不断攀升的背景下，质子交换膜作为核心零部件之一，需求量有望不断攀升。

目前质子交换膜知名生产厂商大多集中在国外，我国在质子交换膜技术、产量上仍与国外企业存在差距，以致下游应用端采购成本高企。在下游厂商在降本需求的推动下，有望加快质子交换膜国产化进程。

来源：海通证券、艾邦氢电