内容来源: 碳中和产学研
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氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其原理是通过电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应,如下图所示。
氢燃料电池产业链主要由上游材料、中游集成和下游应用构成
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产业链上游:材料
氢燃料
制氢的过程可以分为三种。目前，我国氢气主要来自灰氢，但事实上只有绿氢才是真正零排放制氢方式。
根据相关数据,2021年,我国氢气年产能约4000万吨,产量为3300万吨。
膜电极
膜电极是氢燃料电池系统的核心组件，是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，是传递电子和质子的介质，通常由催化层、气体扩散层和质子交换膜构成。
质子交换膜
质子交换膜类型主要包括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以及高温膜。代表性产品有:
美国GORE公司的GORE-select复合膜
美国科慕化学有限公司的Nafifion系列膜
武汉理工新能源有限公司的复合质子交换膜
东岳集团公司的DF988、DF2801的短链全氟硫磺酸膜。
电催化剂
常见的氢燃料催化剂分为3种：铂催化剂、低铂催化剂、非铂催化剂。
目前，燃料电池中常用的商用催化剂是Pt/C，除此之外，可以其他二元合金来做催化，如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。Pt昂贵的价格导致低铂催化剂和非铂催化剂是目前的研究重点。
气体扩散层
气体扩散层的主要作用是支撑催化剂，同时为电极反应提供气体、质子、电子和水等多个通道。气体扩散层生产的一关键元素是碳纸选材，在全球范围内气体扩散层所需碳纸、碳布的供需呈现寡头格局，主要生产企业有加拿大Ballard、日本东丽、德国SGL、德国Freudenberg、加拿大Zenyatta等。
双极板
双极板起到均匀分配气体、排水、导热、导电的作用，占整个燃料电池60%的重量和20%的成本。燃料电池常采用的双极板材料包括石墨双极板、复合双极板、金属双极板3大类。
双极板种类及优缺点
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产业链中游:集成
氢燃料电池系统按结构来拆分主要包括燃料电池电堆及辅助系统。电堆是氢燃料电池的主体部分,成本方面在系统中占比超过60%。
燃料电池电堆
电堆是氢燃料电池的主体部分,所占成本最多它主要由质子交换膜、电催化剂、气体扩散层、双极板、集流板、密封圈等零件组成，是决定氢燃料电池技术发展的主要方面。
据相关数据，2021年我国燃料电池电堆年新增市场规模约为6.2亿元。预计2021-2025年燃料电池电堆新增市场需求的CAGR为87%。2025/2030年,燃料电池电堆新增市场分别为75/238亿元。
根据TrendBank数据，2021燃料电池电堆市场占比率前三分别为:
辅助系统
为了维持电堆的正常工作，氢燃料电池系统还需要供氢系统、供气系统、水管理系统、热管理系统等外部辅助子系统的协同配合,对应的系统部件有氢循环泵、氢瓶、增湿器、空气压缩机等。
氢循环泵
氢循环泵是燃料电池供氢系统的核心零部件可以实现将电堆的尾排端氢气重新加压至电堆入端口，实现氢气的循环利用。同时，可以将化学反应生成水供应到电堆，改善电堆湿润水平，提高水管理能力。
氢瓶
高压气态储氢是目前发展最成熟、各厂商采用最多的储氢技术，其关键是储氢瓶。对于储气瓶，全球呈现出从I型储氢瓶到IV型储氢瓶的技术发展趋势。储氢瓶类型及性能。
空气压缩机
空气压缩机是燃料电池进气系统的重要组成部分,通过对进堆的空气进行增压，可提高电堆的输出功率和效率。目前燃料电池系统使用的空压机主要包括：
其中离心式空压机是主要的发展方向。
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产业链下游:应用
2017-2021年燃料电池汽车车型结构分析
同时，受政策导向作用影响，2021年氢燃料电池汽车车型结构进一步丰富,半挂牵引车、自卸车等中重型氢燃料电池汽车销量增幅明显 :
替代燃料船舶占比预测
分布式发电
原理见下图
移动式电源
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