一文了解PEM制氢材料供应链

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PEM电解水制氢和氢燃料电池本质上属于逆反应，在材料和结构上具备相似性，电解槽同样拥有膜电极、扩散层、催化剂、双极板等核心部材。据高工氢电不完全梳理，目前布局PEM电解水制氢材料的企业已超50家，来自材料体系的支撑正快速就位，供应链体系初具雏形。

另一方面，由于PEM制氢还处于商业化推广前期阶段，产品和生产方案有待持续优化，PEM制氢材料也面临着进口替换、运行可靠性、规模化、大标方、降本增效等需求的考验。

>>高成本是PEM制氢各核心部材的共性问题

目前1MW的PEM电解水制氢系统（包含电源、纯水净化等）价格在1000万左右，大约是同等产氢能力碱性制氢路线的3-5倍。其中电解槽约占据60%的成本，主要由端板、双极板、扩散层、催化剂层、质子交换膜以及垫片组成：

阳极扩散层、阳极催化剂、质子交换膜、阴极催化剂、阴极扩散层组成PEM 制氢膜电极 ，约占电解槽成本的20%-25%。每MW PEM制氢电解槽的膜电极用量在30-50平不等，单价大约是燃料电池膜电极的3-4倍。

目前PEM 电解水制氢膜电极多采用 CCM 结构，将催化剂活性组分直接涂覆在质子交换膜两侧，膜电极企业批量供应CCM或加气体扩散层的MEA，生产涉及的质子交换膜、催化剂、扩散层等原材料成本约占据膜电极总成本的60%-80%，且基本是采购进口产品，造成了较高的成本。

扩散层方面 ，一般阳极侧气体扩散层由抗腐蚀的钛金属制成，比如粉末烧结钛片、纤维烧结钛毡、钛网等，其表面可以进行贵金属涂层处理，以降低接触电阻。阴极可以选用碳纸和碳布等碳基材料，或同样使用钛材。

纤维毡相比其他材料、形态在耐腐蚀性、孔隙率、透气性等方面表现更好，目前国内外的PEM电解槽扩散层材料选用钛纤维毡的居多，另外为了更好的耐腐蚀性，工业电解槽实际应用一般会镀铂，或者至少选择一面镀铂。

目前主流的钛纤维毡孔隙率大概在50~80%，厚度200~400微米，主要的加工工艺包括钛纤维拉丝/切削、铺毡、压合烧结和表面处理等。镀层处理也影响着PEM制氢气体扩散层的最终性能，目前市场上钛纤维毡每平的镀铂成本在5000~15000元不等，主要是不同客户对镀层工艺、厚度的需求不同。

催化剂 约占据膜电极成本的30%，PEM制氢的运行环境为强酸性，非贵金属催化剂极易被腐蚀，阳极方面应用较多的氧化铱、铱黑解决方案中的铱用量在1~2mgIr/cm²，市场上的铱基催化剂均价在1000~1500元/g左右。且铱是最稀有的贵金属之一，全球年产量约为5-10吨，铂的全球年产量约200吨。贵金属保有量和年产量低，成本居高不下。

阴极方面，制氢催化剂与氢燃料电池催化剂同为铂碳催化剂，但工作环境有所不同，前者亲水疏气，后者亲气疏水。实际的产品应用中，部分厂家选择直接采购燃料电池催化剂用作阴极催化剂，也有企业开发了配比载量不同的制氢阴极催化剂，以更好适配电解水制氢应用环境。一般阴极铂碳催化剂负载量约为0.3~0.5mgPt/cm²。

PEM电解槽双极板 多采用钛基双极板，相比于燃料电池双极板两板三场的结构更为简单，不需要加入冷却液对设备进行冷却，使用一板两场的结构就可以满足运行需求。目前应用主流是蚀刻工艺，优点在于交付的及时性和小批量定制的性价比高，比较符合当前小批量定制化市场需求特点。

PEM制氢钛板中冲压板和无流道型板一般是0.5-0.8mm，蚀刻板厚度可做到1.0-5.0mm，目前实际应用以1.0-2.0mm为主。PEM钛板本身价格不低，再加上表面还需涂覆贵金属涂层来确保钛板的耐腐蚀性和导电性，使其整个制造成本在PEM电解槽中占比较大，约在40%~60%浮动。

各环节不菲的材料和制造成本使得“贵”成为PEM制氢电解槽的标签之一，降本是PEM电解槽和核心部材必须面对的事实。有电解槽企业指出，电解槽企业到2025年要做到30%的降本，需要材料环节到2025年降本40%。

>>国产材料供应链初具雏形

值得高兴的是，这条PEM制氢发展之路并不孤单，来自材料体系的支撑正在快速就位，参与企业实力不凡：

膜电极方面 ，目前国内市场可以提供PEM制氢膜电极产品的企业已超十余家，主要分为两类：一类是赛克赛斯、派瑞氢能、阳光氢能、长春绿动、清能股份、杰锋氢能、淳华氢能等PEM电解槽企业，自主掌握膜电极核心技术。

另一类是鸿基创能、 擎动科技、 唐锋能源、武汉理工氢电、亿氢科技、莒纳科技、氢辉能源、中科科创新能源、枡水新能源等主攻氢能关键材料研发、生产的企业，凭借较强的技术背景和高性能材料研发生产经验，杀入电解水制氢膜电极市场。

扩散层方面 ，出于对氢能市场前景的看好及工艺原理的相似性，一批金属过滤材料企业已陆续杀入制氢气体扩散层材料市场。据高工氢电调研统计，国际PEM制氢钛纤维毡供应商有贝卡尔特，国内可以提供PEM制氢钛纤维毡产品的企业主要包括玖昱科技、金通科技、西安菲尔特、动量守恒、惠同新材、中钛国创、安泰环境等。

可以提供带镀层处理的气体扩散层产品的企业包括浙江菲尔特、西安泰金、铂瑞电极、亿安腾、亿海鑫等，大部分选择自制钛纤维毡，后经PVD、DNS等涂层加工处理，这类企业通常也可以提供PEM制氢用双极板产品。

催化剂领域 ，国际企业如贺利氏、优美科、庄信万丰、巴斯夫、田中贵金属，国内企业如中科科创、济平新能源、氢电中科、中石油、中氢绿能、枡水新能源、中自催化、龙蟠科技、深圳航天科技创新研究院、凯大催化等均已开发出了PEM制氢用催化剂产品，并正从催化剂本身的结构配比设计、在膜电极层面对催化层结构进行优化、贵金属铱的回收等方面入手，缓解贵金属依赖问题。

制氢双极板 落子布局抢占发展先机者络绎不绝，治臻股份、云帆氢能、浙江菲尔特、亿安腾、亿海鑫、西安泰金、博远新能源、三佳机械等企业均已“杀入”其中，同时安泰环境、中钛国创等企业正在布局相关产品研发。蚀刻企业有金泉益、感恩蚀刻、腾鑫精密等。

镀膜涂层是钛板制备的重要一环，国内多家涂层设备供应商与涂层工艺服务商在燃料电池金属板市场还未完全释放的情况下，陆续开始布局PEM制氢双极板涂层市场。包括实力源、德国PVT、上海福宜、北京丹普、汇成真空、毅湃等。

PEM制氢路线的发展的时间并不长，但已经快速聚拢了一批企业，积蓄不小的发展势能，预计随着PEM制氢项目的应用放量和技术成熟，将迎来更多企业参与。

>>当务之急，推进应用验证及规模化降本

此外在调研中多家材料也反馈到，国内PEM项目整体看来还是偏少，产品出货大部分属于小批量供应或测试阶段，另也有部分企业尝试尝试拓展海外业务，少数企业的国外出货甚至高于国内。

也有企业高层指出，下游市场升温、入局企业增多是好事，证明行业在向好发展，但目前的产品工艺和路线五花八门，市场缺少验证，能批量供应的合格产品不多，一定程度上也增加了供应链的试错成本，国内PEM电解槽从材料到设备的验证到规模化应用，还有一段路要走。

发展热度攀升与企业快速入局背后，PEM制氢材料也面临着进口替换、运行可靠性、规模化、大标方、降本增效等需求的考验，当务之急在于推进应用验证及规模化降本，各环节目前的主要发展思路总结如下：

1、优化质子交换膜选型，研究阴阳极扩散层的材料、制备工艺、成型参数等，优化孔隙率、孔隙大小、梯度结构和厚度等参数来优化水和析出气体的传质特性，实现电子和质子的快速高效传输；

2、催化剂未来降本空间保守估计在30%-50%，主要围绕催化剂本身的结构、配比设计，如负载型催化剂、低铱催化剂或非铱催化剂；研究新型降低贵金属用量的同时进行催化层内部结构材料的设计和制备工艺的优化，实现贵金属回收利用等；

3、开发大面积均一化膜电极量产制备工艺、开发催化剂喷涂设备，控制和优化大面积膜电极的制备过程中催化层的均匀性、运行过程中电流密度分布的一致性以及优化电解槽的热管理等问题；

4、双极板方面，主要是推进标准化、规模化量产实现降本，此外工艺上如减少贵金属、尝试使用其他价格低廉的材料来代替钛、增加涂层厚度方式、优化流道设计等也是参与企业的发力重点。