氢能“芯片”的国产化突围：我国质子交换膜部分关键技术已达国际领先水平

一、行业相关定义及分类

质子交换膜是有机氟化工的终端产品，也称为质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过的膜，具备特异性的质子传递功能，主要应用于液流电池、氢燃料电池和绿氢制备等领域。根据含氟量的不同，质子交换膜可分为全氟磺酸质子交换膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、复合膜等。其中，由于全氟磺酸质子交换膜技术成熟、性能优良，是目前市面上主要使用的质子交换膜，但其仍存成本较高、氟化过程有时能导致环境污染、尺寸稳定性较差、温度升高会降低质子传导性的缺点。

质子交换膜分类及其优劣势

资料来源：公开资料，观研天下整理

二、质子交换膜被誉为氢能产业的“芯片”，其需求在氢能产业蓬勃发展下将快速提升

根据观研报告网发布的《中国质子交换膜行业发展深度分析与投资前景预测报告（2025-2032年）》显示，质子交换膜被誉为氢能产业的“芯片”，其发展直接关系到氢能产业的进步。随着氢能产业的蓬勃发展，质子交换膜的需求和技术水平也将得到快速提升。

资料来源：公开资料，观研天下整理

氢气作为来源广泛、清洁环保的二次能源，具备高能量密度及热值，在钢铁、海运、航空和制氨等行业的深度脱碳过程中，可有效提高成本效益、加速碳减排进程。另外，由于氢可以进行储存，并通过管道和船舶进行长距离运输，因此氢也可作为可再生能源系统的重要推动力，为容纳高比例可再生能源电力的电网提供季节性储存，以应对太阳能、风能和水力发电量的季节性变化，提升能源利用效率并优化配置，达到稳定电网的作用。

近年来，氢能作为高效清洁能源和绿色新兴产业的重要发展方向，成为全球各国谋求能源安全和经济可持续发展的一致选择，各国纷纷从顶层设计角度出发加速氢能产业布局。截至目前，全球已经有超过100个国家提出碳中和目标，对于长期的减排脱碳趋势，全球各国已达成较强的共识。在此背景下，氢能产业将迎来发展新机遇。

全球主要国家碳中和目标

资料来源：公开资料，观研天下整理

依托于强力的政策引导和完整的工业体系及产业链，近年我国氢能相关核心技术不断突破，氢能示范规模进一步扩大，应用场景持续多元化发展，产业发展趋势逐步向好。在氢能供给方面，我国2023年氢气年产量达到约3550万吨，连续多年位居世界第一。

根据生产来源和制备过程中的碳排放量，可以将氢气供应分为灰氢、蓝氢和绿氢。其中绿氢通过可再生能源电解水制取，可以从源头实现零碳排放，契合绿色氢能的发展路径。在绿氢中，电解水制氢具备纯度等级高、副产物氧气价值高、杂质气体少、生产灵活度高等优势，是具有巨大发展潜力的绿色氢能供应路径。

而在电解水制氢中，质子交换膜（PEM）电解无污染、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，最适合未来能源结构的发展。综上来看，随着氢能产业蓬勃发展，质子交换膜作为PEM电解槽核心组件，其需求及技术水平将快速提升。根据GGII调研，PEM电解槽装机需求口径测算（非出货口径），2024年全球和中国电解水制氢膜市场需求规模分别为3.36亿元和0.79亿元，同比增长11%和49%。

上述电解水技术路线的主要技术指标如下表所示：

资料来源：公开资料，观研天下整理

三、质子交换膜是燃料电池、液流电池的核心部件，其需求正处放量阶段

与此同时，质子交换膜作为氢能产业的核心材料，也在燃料电池和液流电池中发挥着关键作用。近几年随着燃料电池、液流电池的快速发展，其需求正处在放量阶段。

例如在燃料电池领域：燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池按电解质的不同可分为：碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）。其中，质子交换膜燃料电池采用高分子膜作为固态电解质，具有能量转换率高、低温启动、无电解质泄露、响应速度快等特点，已经成为用于燃料电池的首选技术，被广泛用于汽车、便携式电源以及小型驱动装置等场景。

近年来，近年受益于环保监管趋严及政府政策支持，全球燃料电池出货量不断提升，带动质子交换膜需求持续提升。据沙利文测算，2024年全球燃料电池出货量为1823MW，到2030年其出货量预计将达到12167MW，2024 -2030年复合增长率达到 38%。

2026年我国国内氢燃料电池电堆功率需求将达15GW，2022-2026年复合增长率为94.8%。并预计2022-2025年由此给质子交换膜带来的需求量分别为7.5万平米、20.9万平米、37.9万平米、63.6万平米。

数据来源：公开数据，观研天下年整理

在液流电池领域：质子交换膜是液流电池电堆的核心部件，也是电堆成本最重要的组成部分之一，直接决定了液流电池的性能、使用寿命和建造成本。其在液流电池中起到分隔正负极电解液并选择性透过离子的作用，从而实现电池结构中完整回路的构建。理想的液流电池隔膜需要具备以下特征：低离子渗透率，减少离子渗透导致的电解液污染和效率降低；优异的化学稳定性和机械强度，从而延长薄膜寿命；高离子电导率与良好的离子选择性，提高电池效率；低水通量，能在充放电过程中，保持阴阳两极电解液平衡。

液流电池是由Thaller于1974年提出的一种电化学储能技术，是一种新的蓄电池。液流电池由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点，是一种新能源产品。

近三年在“新能源+长时储能”趋势下，我国液流电池出货量呈超高速增长。2024年我国液流电池出货量达0.7GW，同比增长40%；预计2025年液流电池出货量将达1.2GW，而这将给质子交换膜带来较大的需求增长。

数据来源：公开数据，观研天下整理

得益于市场向好，近几年我国液流电池生产商积极推进液流电池扩产计划，进一步拉动质子交换膜需求。2023年国内签约、在建、投运液流电池生产线已超30条，涉及全钒液流电池、铁铬液流电池等多种技术路线，总产能达6GW/年，预计2025年我国液流电池产能有望跃升至30GW/年。

我国液流电池主要项目情况

资料来源：公开资料，观研天下整理

四、全球质子交换膜市场规模不断增长，液流电池膜市场成主要驱动力

得益于下游氢能、燃料电池、液流电池不断发展，全球质子交换膜市场也在不断扩张，规模不断增长。根据GGII调研测算，按下游应用装机需求口径，2024年全球质子交换膜市场规模达到15.6亿元，中国质子交换膜市场规模达到6.33亿元。预计到2030年全球质子交换膜市场规模有望增长至182亿元，2024-2030年复合增长率达到50.6%；中国质子交换膜市场需求规模有望增长至89亿元，2024-2030年均复合增长率达到55%。

数据来源：GGII，观研天下整理

其中液流电池膜是当前质子交换膜需求最大的领域，也是质子交换膜市场的主要驱动力。有数据显示，2024年在全球质子交换膜市场中，液流电池膜市场规模达到9.7亿元，占比高达62.17%。在中国质子交换膜市场中，液流电池膜市场规模达4.2亿元，占比高达66%。

五、国产替代加速，我国质子交换膜部分关键技术已经达到国际领先水平

长期以来，由于制备工艺复杂，质子交换膜市场都被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。不过，虽然相较于国外质子交换膜市场较为成熟的发展，国内企业进入市场较晚，市场规模较小（2024年仅6亿元），在核心技术端比较落后。但近年得益于政策与需求驱动，国内质子交换膜市场加速发展，东岳集团、武汉绿动氢能等国产企业不断加大布局，在相关技术上取得突破，推动国产替代进程加速。

如在质子交换膜电解制氢市场方面，随着山东东岳未来氢能材料股份有限公司（简称“未来材料”）等企业在生产技术上取得突破，PEM电解制氢用质子交换膜的国产化率持续提升，从2022年的23%跃升至2024年的43%。相较Nafion系列质子交换膜等国外竞品，国产质子交换膜实现了约40%的成本降幅，极大地推动了PEM电解水制氢的降本进程。

在液流电池质子交换膜市场方面，2023年及以前，我国液流电池质子交换膜市场主流产品为美国科慕的Nafion膜，而国内仅有未来材料和科润新材料两家企业能够批量化供应液流电池质子交换膜。但到2024年这一现象得到了明显改善，未来材料和科润新材料这两家市场份额大幅提升，合计达到78%。

数据来源：GGII，观研天下整理

在氢燃料电池质子交换膜市场方面，2022-2023年美国戈尔在国内氢燃料电池质子交换膜领域市占率分别为89%和84%。但随着未来材料市场规模持续扩大，2024 年美国戈尔在国内市场占有率下降至79%。

数据来源：GGII，观研天下整理

在产业链上游全氟磺酸树脂市场方面，国产厂商未来材料通过生产技术不断取得突破，目前在全球市场上已跻身第一梯队，为质子交换膜的国产化与成本优化奠定了坚实基础。根据GGII的调研，2024年全球全氟磺酸树脂主要厂商有美国科慕、旭硝子、旭化成、未来材料等，全球总产能约1200 吨，其中未来材料占据14%的市场份额，位于第三，仅次于美国科慕、日本旭化成。

数据来源：GGII，观研天下整理

目前，东岳集团、武汉绿动氢能等中国企业已实现全氟磺酸树脂自主化生产，国产膜厚度降至15微米，成本较进口产品下降70%‌。科润新材料也做到了质子交换膜的量产，可以生产12微米的质子交换膜。国家电投氢能产线可生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜，生产出来的质子交换膜可与国外竞品相比较。

随着国内质子交换膜生产企业如未来材料等在全氟磺酸质子交换膜的生产和技术攻关上取得显著突破，质子交换膜的国产化进程加速，且部分质子交换膜关键技术已经达到国际领先水平。

2023年以来随着国内液流电池项目建设加快，国产质子交换膜的市场渗透率也出现大幅提升，现已实现90%以上的进口替代，从而极大地提高液流电池的经济性并推动其商业化应用进程。根据高工产业储能研究所（GGII）调研，2022-2024年液流电池膜国产化率不断提升，多数液流电池企业转向高性价比的国产液流电池膜。

然而，国内质子交换膜企业产能利用率较低，市场整体供给仍存在一定不足，部分需求依旧需要依赖进口。目前，全氟磺酸质子交换膜依然是质子交换膜商业化应用的最佳选择，但如何在提升性能的同时降低成本，仍是行业重点研究的方向。从长远来看，在持续发展全氟磺酸质子交换膜的基础上，还需积极布局发展部分氟化、无氟型以及复合质子交换膜。

总体来看，虽然短期内受限于产业链配套不成熟、经济性不佳、氢气安全性尚有疑虑等原因，市场规模有限。但中长期来看，随着氢能产业链逐步发展以及国产化的不断推进，我国质子交换膜市场规模有较大增长空间。

六、未来材料优势明显，2024年已占据全国第一、全球第二的位置

从国内市场竞争格局来看，受益于液流电池市场需求增长显著以及快速国产化的驱动，未来材料和科润新材料等国产厂商份额显著提升。其中未来材料优势明显，其在2024年以35.1%的市占率跻身第一，并在全球市场占据着第二的位置，市场份额达到21.5%，仅次于美国科慕。

数据来源：GGII，观研天下整理

数据来源：GGII，观研天下整理（WW）