势银数据 | 2022年膜电极装机市场超200万片,唐锋/擎动/鸿基位列前三

By 势银(TrendBank) 2023-03-14

据势银(TrendBank)数据统计,2022年上牌车辆膜电极装机规模达203.5万片,同比增长181.5%,需求CCM(活性区域)面积超过6万平米,同比增长174.3%;


出货市场方面,相对装机规模有一定的差距,主要是由于膜电极作为产业链的上游,出货到装机投运有一定的时间差,根据终端项目的实施进度,出货膜电极规模体现到装机量上时间差快者数月,慢者也有超过一年,甚至更久。据势银(TrendBank)统计数据,2022年膜电极出货市场规模已达到338万片,CCM(活性面积)需求量超10万平米,较2021年同比增长超过180%。


图片图片


图片来源:势银(TrendBank)
(备注:出货统计口径为企业内部统计自主提供)

1、市场竞争格局分析:国产膜电极专业第三方供应商挑起国内市场大梁


2022年膜电极市场规模无论从装机还是出货角度,同比增长均超过180%,相较于2021年,膜电极市场竞争格局也发生了明显的变化。

目前,国内已上牌车辆装堆膜电极企业近20家,作为专业第三方膜电极供应商企业仅五家国产品牌企业,分别是唐锋能源、擎动科技、鸿基创能、武汉理工和亿氢科技,但该五家企业基本占据了国内装车市场75%左右市场份额,剩余市场主要包括如捷氢科技、爱德曼、新源动力、清能股份等自身拥有批量生产膜电极产能的电堆/系统企业,以及如丰田、巴拉德、庄信万丰、greenerity等优秀外资企业贡献。


图片


图片来源:势银(TrendBank)

从膜电极出货市场角度出发,国内企业主要以鸿基创能、擎动科技、武汉理工、亿氢科技等为主,较少一部分企业如新源动力、明天清能、清能股份等有一定的对外出货市场。


image.png

图片来源:势银(TrendBank)

(备注:部分出货企业暂不披露)


2、膜电极本土化分析:国产化概念将不复存在


从2022年上牌车辆装机膜电极本土化角度来看, 2022年装机膜电极本土化程度进一步提升,从2021年的69.8%提升至2022年的95.2%,已基本实现膜电极的本土化生产与供给。

势银(TrendBank)认为,在燃料电池车用膜电极环节,“国产化”这一概念将不复存在。早在2021年,众多国产膜电极企业基本已经实现产品性能、技术指标、实测验证等全方面媲美国外优质企业的能力,国产化率不足70%的主要是因为有较多的项目和电堆/系统企业还依然存在着签约协议、项目要求、战略合作等非产品类因素。

而在2022年,随着这类项目的减少,国产膜电极产品快速占领国内市场,更有优秀的膜电极第三方供应商出现了产能不足导致的供不应求的局面,相信在未来的国内市场,外资品牌膜电极企业将随着众多国内膜电极企业一起加入到卷产品、卷性能、卷价格的高质量竞争格局中。


图片


图片来源:势银(TrendBank)

3、技术趋势分析:共同提升关键材料性能才是未来主流趋势


随着燃料电池终端应用场景不断丰富,对电堆产品的功率大小、功率密度、BOM成本等提出了更高、更严格的要求,尽管电堆企业在电堆产品、技术、生产工艺等各方面做足了功夫,但同时也对膜电极企业提出了更多的考验。

势银(TrendBank)通过与擎动科技、捷氢科技、新源动力等头部企业技术专家多方交流,结合对膜电极产品和技术的趋势的理解,判断短期内膜电极的发展趋势主要体现在产品尺寸、功率密度以及铂载量方面。


  • 产品尺寸——大尺寸产品并非膜电极发展趋势

目前,由于长途重载场景的需求,国内众多企业在2022年纷纷发布了200kW-300kW的超大功率单堆产品,但由于目前膜电极的功率密度上限有限,如果要实现单堆功率的不断提升,只能增加活性面积,使得在产品设计上只能从两方面去着手,第一是增加单电池节数,其次是增加单电池活性面积,即膜电极尺寸。


简单增加单电池节数固然可以快速提高单堆功率,但是在叠片超过一定数量之后,对于整堆膜电极的一致性要求成指数级增加,包括对水/气分布、散热等要求都成倍提高;


扩大膜电极产品尺寸能解决叠片数量过多的问题,使得单堆产品在一致性、安装尺寸等各方面有一定的解决能力,但是同样在单电池方面也存在着一致性、水/气分布和散热的难点。


因此不同电堆/膜电极电极企业会根据自身的技术现状与平台能力,权衡选择叠片数量以及膜电极尺寸的搭配,大尺寸膜电极并非有效解决方案。


  • 功率密度——膜电极功率密度还有很大的提升空间


功率密度一直都是膜电极产品的核心指标之一,现阶段,国内膜电极企业最新发布的产品功率密度大多在1.2-1.6W/cm²@0.6V、1-1.4W/cm²@0.65V之间,而国外优秀企业已经将该性能做到了2W/cm²@0.65V,在功率密度提升方面,擎动科技朱威向势银解释道“未来膜电极性能还能进一步提升,甚至可能到2.4W/cm²@0.65V,但是后面的重点需要提高额定工况点,来提升能量转换效率。”


另外,从材料层面提高功率密度还是技术发展的主要趋势,主要体现在活化极化、欧姆极化和传质极化三方面。其中,大电流下传质极化降低空间最大,主要是依赖于气体扩散层、催化剂、催化剂载体以及离聚物等性能的进一步提升;


其次是活化极化,在低电位区活化极化是最大极化,也有很大的降低空间,比如在相同铂载量和工况条件下,合金催化剂的使用会比铂碳催化剂具有活化极化的明显提升;


最后是欧姆极化,目前影响欧姆极化的因素较多,主要还是质子交换膜的厚度以及工作温度,但由于质子交换膜已经做到8微米,进一步降低厚度可能会在寿命、成本等各方面做出较大牺牲,且提升空间也不大。


另外提高操作温度也能有效降低欧姆极化,但在全氟磺酸树脂材料的质子交换膜电极体系下,提升操作温度的空间不足,因此欧姆极化的降低空间相对有限,但也有进一步降低的空间,国内一头部电堆企业电堆技术总监向势银解释道“通过优化催化层微结构、质子交换膜性能等对降低欧姆极化还是能抠出不小的空间。”


  • 铂载量趋势——超低铂载量并非现阶段最优解决方案

现阶段,对于降低铂载量的认知主要来源于贵金属的高昂成本,但实际上,对于目前国内主要推广商用车的现状,考虑到长寿命高耐久的要求,目前0.3mg/cm²的铂载量基本已经做到了与寿命、经济性相对平衡的点了,行业目前普遍铂载量基本维持在0.3mg-0.4mg/cm²,进一步降低铂载量对膜电极的耐久性则提出了更大的挑战,在技术方面是完全可行的,比如对催化剂的结构、载体的结构以及不同类型的合金催化剂的微结构进一步改进等。


相对乘用车来说,耐久要求并没有商用车那么高,且乘用车的TCO(全生命周期总拥有成本)中一次购置成本占比较大,电堆的成本敏感性较高,进一步降低铂载量是未来降本路径的重要环节,但现阶段同样面临了一个实际的问题,就是成本和收益,据势银简单测算,按照一个单堆100kW的电堆BOM成本来计算,假设膜电极的铂载量从0.3mg/cm²降到0.1mg/cm²,其它条件都不变的情况下,对应其催化剂成本仅降低不到60元/kW,相较于其目前电堆的成本,降本能力不到4%,但是到未来电堆总成本全面降低到百元级时,降低铂载在降本路径中则显得尤为重要。