燃料電池行業研究：降本目標、降本路徑、競爭格局
未來智庫
2月前???財經領域達人
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（報告出品方/作者：華泰證券，肖群稀，關東奇來，時彧）
1 "十四五"構建"大氫能"圖景，燃料電池先行
氫能是國家能源安全，節能減排的優選方案
氫能將成為能源安全的重要組成部分。預測2030 年中國氫氣需求量 3715 萬噸，在終端能源消費中占比約為 5%； 2060 年 13030 萬噸，在終端能源消費中占比約為 22%。國際能源署預測，到2070 年
全球對氫氣的需求將達到 5.2 億噸。世界能源理事會預計，到2050年氫能在全球終端能源消費量占比 25%。
2021 年，全球主要國家共銷售氫車 16,313 臺，同比增長 68%，韓國占據總銷量的 52%。
受強勢補貼政策驅動，韓國市場延續了 2020 年的增長勢頭，全年共售出 8,498 臺氫車，
約占全球總銷量的一半。美國全年氫車銷量為 3,341 臺，較 2020 年激增 2.5 倍，主要原
因是 2020年疫情導致銷量基數過低；日本全年共售出氫車 2,464 臺，同比增長 67%，主
要受益于 2020 年底新一代豐田 Mirai 的上市。德國共售出氫車 424 臺，同比增長 38%。
中國全年氫車銷量為 1,586 臺，同比增長 35%。全球主要國家氫車保有量為 49,562 臺，
同比增長 49%。
相同里程下一輛重卡的二氧化碳排放量約為一輛乘用車的十倍，氫能物流車/乘用車/重卡
預計單車年碳減排量達 9.8t/2.1t/187.6t，提高重卡的新能源轉化率是商用車發展的重頭戲。
重卡作為物流運輸的主力生產工具，單車運營里程長、運營次數多、柴油消耗總量高，成
為氮氧化物、一氧化碳和顆粒物等污染物的主要排放來源，造成嚴重的環境污染。根據商用汽車的統計，2021年我國重卡保有量約有 850 萬輛，重卡的污染排放量占到商用車總排放量的近 6 成。
示范城市群探索多元應用場景，政策精準補貼
"3+2"示范城市群格局形成，探索多元應用場景，交通領域是氫能產業應用的先導部分。 2021 年 9 月，我國首批三個燃料電池汽車示范城市群落地，分別由北京市、上海市和廣
東省佛山市牽頭。2021 年 12 月 28日，河南、河北兩大燃料電池汽車示范城市群正式啟
動。全國"3+2"燃料電池汽車示范格局形成，合計共 47 座城市。國家發改委能源研究所
環境中心主任熊華文提出："交通領域是氫能產業應用的先導部分，十四五期間，氫能將探
索走多元化的應用之路，在工業、建筑等領域進行探索，構建"大氫能"圖景。
國補補貼采取"以獎代補"方式精準補貼，按照示范城市群任務目標完成情況給予獎勵。
示范城市群獎勵為期 4 年，各年度獎勵比例為 20 年/21 年/22 年/23 年：1.3/1.2/1.1/0.9，
可近似看作 21 年、22年獎勵在前一年基礎上退坡 10%，23 年獎勵退坡 20%。財政部分別在燃料電池汽車推廣應用和氫能供應兩個領域給予示范城市群補貼，原則上 1 積分約獎
勵 10 萬元。示范期間將根據示范進展情況適度調整補貼標準和技術要求。積分上限分別
為 15000 積分和 2000 積分，即補貼金額上限為 15 億元和 2 億元。為推進產業合理布局，
示范區以外的地方原則上不宜再對燃料電池汽車推廣給予購置補貼。
示范城市群中上海補貼政策已經落地，其余示范城市群政策有望逐步落地。上海的補貼力
度較大：1）與國補進行 1：1 配套，每 1 積分國補+地補共 20 萬元的獎勵，由統籌資金安
排 15 萬元，燃料電池系統生產企業所在區安排 5 萬元；2）補貼范圍涵蓋了制儲運加用全
產業鏈各個環節，將整車企業運營納入補貼，將核心零部件從國補的 8 大擴展到 9 大，增
加了儲氫瓶閥；對加氫站建設和氫氣零售價給予補貼。
補貼政策鼓勵續航里程高、功率大的商用車型，以上海地區 31 噸以上重卡車型為例，國
補+地補超過 100 萬，補貼后車輛購置成本與燃油車持平。根據最新積分獎勵政策，針對
功率大于 75kW 的燃料電池車，給予更高的積分和補貼支持。納入獎勵車輛的純氫續駛里
程應不低于 300km，對于 31 噸以上的重型貨車以及礦山、機場等場內運輸車輛，續駛里
程可放寬至 200km。這有利于諸如礦用卡車、機場擺渡車等場內運輸車型應用。車型上，
輕中型貨車（
氫能車進入規模示范階段，2025 年保有量有望達到 10 萬輛
25 年 10 萬輛，30 年 100 萬輛的目標有望實現。中國氫能聯盟預測 2025 年中國氫燃料電
池汽車保有量 10 萬輛，2030 年保有量 100 萬輛，截至 2021 年，國內燃料電池汽車保有
量為 8938 輛，2022-2025 年 CAGR=83.1%，2026-2030 年 CAGR=48.5%，根據復合增
速，我們預計 2025 年中國燃料電池汽車銷量為 4.6 萬輛，2030 年為 37 萬輛。根據示范
城市群的示范目標，2025 年合計為 3.3 萬輛，考慮其他非示范氫能規劃持續落地，我們預
計 2025 年中國氫燃料電池汽車 10 萬輛的保有量目標有望實現。
中汽協數據， 2016-2021 年國內氫燃料電池汽車銷量分別為 629、1275、1527、2737、 1177、1586 輛，截至 2021 年，國內燃料電池汽車保有量為 8938 輛。
若氫燃料電池在商
用車全面推廣，每年潛在市場空間超過 180 萬輛/年。根據中汽協數據，2020 年國內重卡、
市政環衛車、公交車和大巴車銷量分別為 162.3 萬輛、6.9 萬輛、6.6 萬輛和 5 萬輛，若氫
燃料電池車全面替代原有重卡、環衛、公交、大巴等燃油車，潛在市場需求合計 180.8 萬
輛/年。
工信部推薦燃料電池車型數量持續增加，
推薦車型從客車轉向重卡。根據工信部《新能源
汽車推廣應用推薦車型目錄》（2017-2021 年），2017-2021 年累計共推薦 760 款新能源汽
車，其中，2021 年共推薦車型 303 款，客車、重卡、環衛車和低溫冷藏車推薦車型數量
占比分別為 33.0%、20.3%、21.2%和 12.7%，客車推薦車型占比 2019 年為 69%，2021 年出現較大下降，重卡占比大幅增加，推薦數量占比從 2019 年的 3%增長至 21 年的 20.3%。
2021 年氫能重卡銷量 779 輛，同比增長 42 倍，占新能源重卡的份額從 2020 年的 0.7%上
升至 2021 年的 7.46%。2021 年，新能源重卡累計銷售 10448 輛，同比增長 3 倍。新能源
重卡在重卡銷量中的比重由年初的 0.09%上升至年末的 5.67%。燃料電池重卡 21 年銷量 779 輛，同比增長 42.28 倍，在新能源重卡中的份額從 2020 年的 0.7%上升至 7.46%，成為
新能源重卡領域重要細分市場。
純電動車的續航里程和補能時間仍不理想，長期看燃料電池更適合長途載重運輸。純電動
是新能源重卡中最為成熟的技術路線，較汽柴油重卡而言更加環保，可實現零排放。然而
由于技術局限，純電動車的續航里程和補能時間仍不理想，即便采用換電模式減少充電時
間，也只能在換電站輻射的作業半徑內進行運輸工作，提升續航里程將面臨載重量的降低。
這些因素都大大限制了電動重卡的適用場景，為氫燃料電池車的進入留下了空間。相較于
純電，氫燃料電池有能量密度更高、自重低、加注快、耐低溫等優點，這決定了氫燃料電
池車天然適用于固定路線、中長途干線和高載重的場景中。
2 降本目標：補貼前全生命周期降本 46%可與電車平價
長途、大功率應用場景下，燃料電池系統優勢明顯
氫燃料電池車型更適用于路線相對固定、加氫便利等區域性應用場景。相比純電動車型，
氫燃料電池車克服了能源補充時間長、低溫環境適應性差的問題，提高了營運效率，與純
電動車型應用場景形成互補；按照"氫電互補、宜氫則氫、宜電則電"的原則，同時結合各
場景的應用潛力，受制于當前儲氫、加氫基礎設施及燃料電池發動機水平不足以支持長途、
大功率需求場景，氫燃料電池車型更適用于路線相對固定、加氫便利等區域性應用場景，
主要有以下應用場景。
氫能在交通領域的應用將逐步向長續航、大載重的場景過渡。根據氫藍時代常務副總裁曹
桂軍在 2021 勢銀氫能與燃料電池產業年會上發表的《燃料電池系統開發與多場景應用》
的主題演講，預計 2025 年燃料電池系統主要額定功率為 130~180kW，燃料電池系統最大
額定功率將大于 180kW，氫能在交通領域的應用將逐步向長續航、大載重的場景過渡。
經濟性決定因素：購置成本、氫耗及氫氣價格
燃料電池汽車成本包括車輛購置成本和使用成本，燃料電池汽車的燃料經濟性決定了使用
成本，它與兩個因素直接相關：百公里氫耗量和氫氣價格。
《中國氫能產業發展報告 2020》對車用燃料電池系統提出的成本目標：
1）
系統成本：2025/2035/2050年商用車燃料電池系統成本目標為 3500/1000/ 500 元 /KW。以 2020 年為基數，2025/2050 年分別下降 30%/80%；
2）
系統功率：2025年燃料電池重卡、客車、物流車的系統功率分別為 150/100/55kW， 2050 年分別為 300/200 /100kW；
3）
百公里耗氫：2025 年燃料電池重卡、客車、物流車分別為 8.5 /5.5/2.5 kg/100km； 2050 年分別為 6/3.5 /1.5 kg/100km。以 2020 年為基數，氫耗 2025/2050 年分別下降 17～23%/45%～50%；
4）
氫氣成本：2025 年為 20 元/ kg，2035 年為 10 元/ kg，以 2020 年為基數，氫耗 2025/2035 年分別下降 43%/71%。
2017 年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》提出的降本要求更高：
1）
燃料電池系統：商用車燃料電池系統成本 2020/2025/2030 年分別為 5000/2000/600 元/kW，以 2020 年為基數，2025/2030 年分別下降 60%/88%；乘用車燃料電池系統
成本 2020/2025/2030 年分別為 1500 /800 /200 元/kW ，以 2020 年為基數， 2025/2030 年分別下降 46%/86.7%；
2）
儲氫系統成本：2020/2025/2030 年分別為 3000//2000/1800 元/kg，以 2020 年為基數， 2025/2030 年分別下降 33%/40%。
以 18 噸重卡車型為例降本空間測算：燃料電池車 VS 柴油車 VS 純電車
基于中國、美國和日本的成本預測數據，根據車用燃料電池系統動力匹配的特點，分析燃
料電池與純電動卡車（18t）的成本差異。根據上海捷氫 2021 年 9 月發表的論文《基于 TCO 分析氫氣價格對燃料電池重卡經濟性的影響》，我們選取載重 18t 的一汽解放 J6L4×2 廂式運輸車，車輛使用場景為車隊營運重卡，該運輸車需要滿足日均 500km 以上的長途
運輸需求，使用時間為 5 年完成 100 萬公里。結論如下：
1) 購置成本：燃油重卡價格約 20 萬，補貼前純電重卡約 71.6 萬，補貼后為 67.6 萬，補
貼前燃料電池重卡約 96.9 萬，補貼后為 16.8 萬。補貼前氫能車的購置成本分別高過
燃油重卡 80%，高于純電重卡 35%。
2) 運營成本：燃油重卡柴油費用為 1.61 元/公里，電動車電費為 0.88 元/公里，補貼前燃
料電池重卡能源使用成本為 2.01 元/公里，補貼后燃料電池重卡氫氣費用為 1.58 元/公
里，低于柴油重卡的運營成本。
補貼后氫能車的燃料成本低于燃油重卡，高于純電重
卡 80%。
3) 全生命周期成本來看，補貼前，燃料電池重卡全生命周期成本高出燃油重卡 36%，高
出純電重卡 46%。補貼后，燃料電池汽車全生命周期的成本與低于柴油重卡，略高于
純電重卡 7%。
如果 2025 年和 2030 年氫燃料電池汽車性能及成本的達到《節能與新能源汽車技術路線圖》
規劃目標，則 18 噸重卡全生命周期成本 2025 年為 255.86 萬，2030 年為 179.71 萬，分
別比 2021 年燃油重卡成本低 22.79%和 45%，比 2021 年純電動重卡低 5%和 31%。
需要注意的是：類似車型的情況下，燃料電池汽車的續駛里程主要取決于氫系統的儲氫量，
純電動汽車的續駛里程主要取決于電池的容量，鋰電池應用于重型車輛時，鋰電池的自重
不可忽略，根據高工鋰電的數據，我們以一輛續航里程 200 公里的 30 噸純電動卡車為例，
鋰離子電池容量約為 400kWh，使用 300Wh/kg 的鋰離子電池，電池自重高達 1.3 噸，如
果續駛里程提高到 800-1000 公里，電池自重將高達 6 噸以上；而 30 噸的燃料電池卡車百
公里氫耗約為 10kg，使用儲氫密度在 5.7%的 70MPa 儲氫系統，續駛里程為 1000 公里時
燃料電池系統與儲氫系統重量的總和僅 2 噸左右。
降本路徑：國產化推動規模化
目標：2025 年掌握關鍵技術，2030 年完全實現關鍵技術的自主可控
根據《節能與新能源汽車技術路線圖 2.0》發展目標：到 2025 年，基本掌握關鍵技術，實
現 PEMFC 電動汽車規模化推廣應用，建設 1~100kW 級 PEMFC 分布式發電示范項目；
到 2030 年完全掌握核心關鍵技術，建立完備的產業鏈，實現大規模推廣應用；到 2050 年
實現普及應用。
質子交換膜燃料電池（PEMFC）是現階段國內外主流應用技術。燃料電池通過電化學反
應直接發電，不受卡諾循環限制，沒有機械傳動損失，理論發電效率遠高于內燃機。質子
交換膜燃料電池憑借啟動時間短、操作溫度低、結構緊湊、功率密度高的優點成為燃料電
池汽車邁入商業化進程的首選。
我國已經初步實現了 PEMFC 全產業鏈的國產化，逐步發展到產業規模持續擴張、基礎設
施逐步完善的產業化初期階段。2017 年以來，國內燃料電池系統核心技術取得顯著進步，
初步掌握了整車、動力系統與關鍵部件的關鍵技術，基本建立了具有自主知識產權的燃料
電池轎車與燃料電池城市客車動力系統技術平臺，實現了百輛級動力系統與整車的生產能
力。我國燃料電池汽車行業已基本形成以整車制造及燃料電池系統為牽引的燃料電池汽車
供應鏈和產業鏈體系，產業鏈覆蓋燃料電池汽車整車、燃料電池系統及零部件，以及加氫、
制氫、儲氫等環節。
我國領先企業的電堆技術參數已經和國際先進企業接近。以巴拉德、本田、豐田為首的國
際先進企業最大功率在 130~140kW，我國清能股份的 VLS II Pro 電堆的最大功率可以達
到 165kW，根據清能股份總經理張弛在 2021 勢銀氫能與燃料電池產業年會上發表的題為
《大功率燃料電池電堆的商業化》的主題演講，清能股份已經在 2021 年實現了 170kW 電
堆的批量化應用，預計將在 2022 年一季度推出 250kW 電堆，截至 2021 年底 150kW 以
上電堆出貨量將超過 400 套，其中出口近 100 套，我國領先企業的電堆技術參數已經和國
際先進企業接近。
電堆國產化率及技術指標提升，開發大功率系統難度降低。根據氫藍時代動力科技有限公
司常務副總裁曹桂軍在 2021 勢銀氫能與燃料電池產業年會上發表的《燃料電池系統開發
與多場景應用》的主題演講，電堆的國產化率和技術指標快速提升。其中，單堆功率從 45~60kW 提升至 150~200kW；電堆功率密度從 2.5kW/L 提升至 4~4.5kW/L；關鍵零部件
國產化率從 50%提升至 90~98%；系統集成度從 300W/kg 提升至 450W/kg；環境適應性
普遍提高，一般可達到-30℃冷啟動；基礎材料不斷突破，產業化加速，系統成本下降趨
勢明顯，電堆價格可低于 2000/kW，系統成本可低于 5000/kW。
電堆：初步實現產業化條件，國產化
2021 年電堆成本約占燃料電池系統成本 65%。膜電極主要包括催化劑、質子交換膜以及
氣體擴散層，占電堆成本的 75%左右，其中催化劑占電堆的 36%，雙極板占電堆的 23%，
質子交換膜占電堆的 16%。
膜電極：初步達到產業化標準，關鍵材料國產化推進帶動成本下行
膜電極是燃料電池的核心部件，直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐久性和使用壽命。
膜電極承擔燃料電池內的多相物質傳輸（包括液態水、氫氣、氧氣、質子和電子傳輸），
通過電化學反應將燃料氫氣的化學能轉換成電能，直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐
久性和使用壽命。其主要性能指標包括單位表面積的輸出功率（功率密度）、貴金屬用量
（單位功率輸出的鉑用量）、壽命和成本。具備高效多相傳輸能力的膜電極，能減少電堆
系統的輔機消耗，從而降低電堆成本，提高電堆系統可靠性。
國內企業膜電極主要參數已經與國際先進水平接近，部分參數可以超過國外先進水平。目
前，國內已經有一批可以獨立研發、生產膜電極的企業，從產品性能來看，主要性能參數
方面與國際水平接近，如部分領先企業功率密度可達到 1.4W/cm2，耐久可達 20000 小時
以上。國內領先膜電極企業鴻基創能、武漢理工新能源、擎動科技膜電極產品功率密度均
超過 1W/cm2，鴻基創能達到 1.4W/cm2，測試使用壽命超過 1~2 萬小時，已基本滿足產
業化應用需求。
21 年后國內膜電極企業擴產速度加快，雙面直接涂布技術和膜電極一體成型技術正在成
為主流。國外膜電極供應商已具備膜電極批量自動化生產線，單線年產能在數千平方米到
萬平方米級。2019 年后鴻基創能、擎動科技、武漢理工氫電以及泰極動力國產生產線先
后正式落成，我國的膜電極領域逐步開啟批量化生產步伐。根據鴻基創能公司官網，鴻基
創能 2022 年將形成年產千萬片的產能，公司開發了 CCM 陰陽極雙面直接涂布技術和膜
電極一體成型技術，正在成為燃料電池行業膜電極涂布工藝的主流方向。
國產膜電極成本優勢明顯，并有望持續下降。國產化 MEA 產品規模化應用增強供應商議
價能力，大批量采購情況下上游原材料成本有望大幅下降，同時規模效應攤薄高昂的設備
投入，帶動 MEA 成本下行。
膜電極關鍵材料-催化劑：低鉑/高活性鉑/非鉑
催化劑起到分解氫氣和氧氣進行電化學反應產生電流的作用。催化劑根據貴金屬鉑的含量
分為鉑催化劑、低鉑催化劑與非鉑催化劑。目前商用催化劑為鉑碳催化劑，稀有金屬鉑的
高成本是燃料電池商業化的主要阻礙之一。催化劑需要平衡成本與耐久性兩方面的需求，
新型高穩定、高活性鉑或非鉑催化劑是研究熱點。鉑合金催化劑已經取得很大進展，如鉑
鈷、鉑鎳等正在得到實際應用；非鉑催化劑性能與穩定性還有待提升。
催化劑研發重點是新型制備技術、載體及接觸界面改性。貴金屬 Pt 的商業化能力較弱，
提高催化劑性能，需要在催化劑活性和結構設計方面取得突破。突破途徑包括：1）設計
新型催化劑結構，如納米籠、核殼、納米框架、納米線、納米晶體，以提高催化劑比活性
或質量活性；2）對碳載體進行適當改性，如 N 摻雜，以確保離聚物非常均勻的覆蓋，從
而增強質子傳輸；3）基于分子排列的碳載體和催化劑/聚合物界面的改性有望改善離聚物
分布和催化劑利用率。
降低鉑載量是降低燃料電池電堆成本的重要途徑。根據勢銀能鏈，國際領先企業目前單位
功率的鉑載量從十年前的 0.8~1.0g/kW 降低到 0.1~0.4g/kW，鉑催化劑用量的終極目標是
小于 0.05g/kW，即鉑金屬消耗量與傳統內燃機尾氣凈化器鉑金屬用量持平甚至略低。目
前，國外催化劑用量已實現
目前我國鉑催化劑以進口為主，國內正起步。日本田中貴金屬、英國莊信萬豐和比利時優
美科是全球較大的幾家燃料電池催化劑供應商，催化劑制備技術處于絕對領先地位，已經
能夠實現批量化生產（大于 10kg/批次），而且性能穩定，可靠性高。貴研鉑業、武漢喜馬
拉雅、中科科創、蘇州擎動科技、武漢理工新能源等是國內開展催化劑開發的代表企業。
其中，貴研鉑業是國際五大知名貴金屬公司之一，在燃料電池催化劑領域布局較早，是行
業內唯一的上市公司。貴研鉑業與上海汽車集團合作已經研發出鉑基催化劑。根據公司官
網，蘇州擎動科技開發的鉑合金催化劑能夠將燃料電池的鉑消耗量降低 7%，是國內首個
實現量產的燃料電池用鉑合金催化產品。
膜電極關鍵材料-質子交換膜：全氟磺酸膜是主流，國內具備量產能力
質子交換膜是膜電極核心材料，主要功能為傳導質子、阻隔氣體。質子交換膜在燃料電池
的主要功能有兩個：一方面為電解質提供離子通道，一方面作為隔膜隔離兩級反應氣體。
此外，質子交換膜還需要對催化劑層起到支撐作用。質子交換膜性能的好壞直接決定著燃
料電池的性能和使用壽命。評價 PEM 的性能指標主要為離子基團當量值(EW 值)?離子交
換能力?離子傳導率?膜厚度?氣體滲透率?機械強度以及成本等。理想的質子交換膜需要具
備高質子傳導率，低電子導電率，氣體滲透性低，化學、電化學、熱穩定性好的優點。
全氟磺酸膜是目前主流質子交換膜方案。質子交換膜根據含氟情況進行分類，主要包括全氟
磺酸膜、部分氟化聚合物質子交換膜、復合質子交換膜和非氟化聚合物質子交換膜。其中由
于全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯結構，其碳-氟鍵的鍵能高，使其力學性能、化學穩定性、
熱穩定性佳，使用壽命遠好于其他膜材料的使用壽命，同時由于分子支鏈上存在親水性磺酸
基團，具有優秀的離子傳導特性。全氟質子交換膜機械強度高，化學穩定性強，能夠適應苛
刻的電池（電解池）的工作環境，對裝置的電化學性能起到不可忽視的重要作用。
全氟磺酸膜產能國外壟斷。全氟質子交換膜生產主要集中在海外，主要公司包括美國戈爾、
科慕、陶氏和 3M 公司，比利時索爾維公司，日本旭硝子玻璃、旭化成。美國戈爾公司在增強膜方面具有知識產權優勢，每年
出貨量達幾十萬平米，豐田 MIRAI、現代 NEXO 和本田 CLARITY 等都采用戈爾產品，國
內生產的燃料電池膜電極中，戈爾的增強復合膜市場占比達 90%以上。
國產質子膜已實現規模化應用，東岳集團加速國產化進程。根據氫能觀察，2019~2020 年，
國產的質子交換膜均處于客戶送樣、測試驗證階段。國內目前少數成功實現質子交換膜商
業化量產的企業為東岳集團。東岳已成為繼戈爾、科慕兩家外國企業之后國內市場占比最
大的企業，具有原料、中間體、單體、聚合物膜全產業鏈，已建成全國唯一全氟酸質子膜
樹脂合成生產線，實現量產并批量供貨。當前產品已經進入奔馳公司的供應鏈體系，穩定
性、可靠性、壽命已經進入規模化驗證中。
膜電極關鍵材料-氣體擴散層：技術層面已經對標國際先進產品，規模化生產可期
氣體擴散層（GDL）位于氣體流場層和催化層之間，由碳紙和防水劑聚四氟乙烯材料構成，
以滿足高導電性、高強度、高孔隙度、耐腐蝕、結構致密且表面平整等特點，起到支撐膜
電極、收集電流、傳導氣體、管控反應水（氣）及熱等重要作用。支撐層材料主要是多孔
的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維無紡布、碳黑紙。
氣體擴散層發展方向：1）設計具有梯度孔徑的 GDL，以提高膜電極本身的傳質能力。例
如，降低 GDL 一側或兩側的孔隙率可以降低接觸電阻并在 GDL 內部產生孔隙梯度，以促
進反應物供應和水分去除。2）采用"集成雙極板-膜電極"或"無氣體擴散層"設計，減
少或消除界面電阻，以同時滿足導電、氣體分配和水管理的要求。
規模化生產將帶來氣體擴散層成本大幅下降。根據 Strategic Analysis 數據，當生產規模
從 1000 套提升到 50 萬套時，成本會從$2,661/套降到$102/套，因此批量化生產是實現氣
體擴散層降本的關鍵。
我國氣體擴散層技術層面已經可以對標國際先進產品，規模化生產可期。國外有日本東
麗（Toray）及三菱（Mitsubishi）、德國西格里（SGL）和科德寶（Feudenberg）、美國 AvCarb，韓國 JNTG 等制造廠商，都已實現氣體擴散層的規模化生產，且都有多款適應
不同場景的產品銷售。國內碳紙類材料的實驗室技術可對標國際部分先進產品水平，有望
逐漸進入到產業化階段，主要企業有中國臺灣碳能、通用氫能、江蘇氫電、江蘇清能、上海河
森電氣等。
雙極板：
石墨雙極板技術成熟，基本已實現國產化，耐久性和工程化有待驗證
雙極板是燃料電池電堆的核心結構件，起到支撐機械結構、均勻分配氣體、排水、導熱、
導電的作用。其性能優劣將直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命。雙極板可分為石墨雙
極板、金屬雙極板和復合雙極板。石墨雙極板具有質量輕、穩定性強和耐腐蝕性高等特點，
但機械性能較差；金屬雙極板具有機械性能強、厚度薄、阻氣性好等特點，但易被腐蝕，
壽命較短。復合雙極板則兼具石墨板和金屬板的優點，但制備工藝繁雜，成本較高。金屬
板（鈦或者不銹鋼等）較石墨板更利于實現小型化，從而有利于提高燃料電池電堆的功率
密度，表面改性的多涂層結構是金屬雙極板的主要發展方向。
石墨雙極板技術較為成熟，基本已實現國產化，領先企業技術指標提前突破 2025 年國家目
標。國內石墨雙極板技術近年來發展十分迅速，基本實現國產化。根據高工氫電的數據，目
前包括上海治臻在內的企業生產的國產金屬雙極板設計壽命已經超過 2 萬小時；嘉裕碳素生
產的石墨雙極板單面有槽厚度在 0.5mm，雙面有槽厚度在 0.8mm，單組石墨雙極板的厚度
在 1.3mm 左右，提前突破了國家制定 2025 年前單組石墨雙極板厚度 1.5mm 的要求。
國內雙極板企業擴產趨勢明顯，目前全國總產能超過 2000 萬片。國內雙極板重點企業擴
產趨勢明顯，2021 年 3 月上海治臻年產千萬片級金屬極板產線在常熟市投產，這是目前
全球最大的一條金屬極板產線，根據高工氫電的統計，目前全國燃料電池雙極板總產能已
超過 2000 萬片/年。根據高工氫電的數據，2021 年國內主流雙極板企業的出貨量都有非常
大的增長。金屬雙極板領域已經出現了單個企業單個客戶出貨達百萬片級別的現象；石墨
板市場各家出貨也均有較大增長，表現明顯的是原萬片級出貨企業的出貨量級達到 10 萬
片以上，頭部企業的出貨了 50 萬片/年以上。
系統部件：技術成熟，國產化程度相對較高
空氣壓縮機：已實現全功率段國產化，國產化率接近 100%
離心式空壓機成為主流選擇。空氣循環系統的關鍵部件為空壓機，也為燃料電池陰極供氣
系統重要部件，通過對進堆空氣進行增壓，為電堆提供適量適壓的氧氣。空氣壓縮機的性
能對燃料電池系統的效率、緊湊性和水平衡特性等有著重要影響。燃料電池系統用空壓機
主要有離心式、羅茨式、螺桿式三種類型。由于離心式空壓機在效率、噪音、體積、無油、
功率密度等方面具有良好的綜合效果，故隨燃料電池系統功率的快速上升，離心式空壓機
已逐漸成為市場上的主流選擇。在空氣壓縮機的關鍵部件中，軸承、電機是瓶頸技術，低
成本、耐摩擦的涂層材料也是開發重點。
空氣壓縮機有效提高發電效率降低燃料成本。車用燃料電池使用的空壓機主要有螺桿式壓
縮機和渦輪式壓縮機等。根據《車用燃料電池專用空壓機的現狀分析》，螺桿式空壓機的
優點是壓力/流量可以靈活調整、啟停方便、安裝簡單，缺點是噪聲大、體積大、質量重和
價格高，已在美國 GM，PlugPower、加拿大 Ballard 等公司的燃料電池系統中采用。渦輪
式空壓機容積效率較高，壓力與氣量連續可調，但尺寸和重量較大，本田和現代等公司已
定制開發了空氣軸承的渦輪式空壓機。目前，國內已經完成 30kW 級實車驗證，國際一流
水平已經完成 100kW 級實車驗證。
氫氣循環泵：2020 年氫循環系統市場逐步實現國產替代
主動循環形式的氫循環泵成為主流，引射器使用量逐漸增長。氫氣循環系統的作用是將電
堆未反應的氫氣再次循環到電堆的氫氣入口，從而提升氫氣的利用率及涉氫安全，同時將
電堆內部電化學反應生成的水也循環至燃料電池堆的入口，改善電堆濕潤水平和提高水管
理能力。氫氣循環系統分為主動循環和被動循環兩種形式，主動循環形式的關鍵部件是氫
氣循環泵，被動循環形式的關鍵部件是氫氣引射器。氫循環泵在主動可調節、快響應速度
和寬工作區間等方面占有一定優勢，成為未來使用主流。根據高工氫電，2020 年國內氫
循環系統有引射器和氫氣循環泵兩種產品，其中引射器的使用量約占氫循環系統出貨量的 11%。
2020 年以后我國氫循環系統市場逐步實現國產替代，國產氫氣循環泵技術達到國際領先
水平。根據高工氫電，2020 年前，普旭占據了國內約 90%的市場份額。2020 年以后我國
氫循環系統市場逐步實現國產替代，普旭基本退出國內市場。上海政飛的 DQ30/DQ60 在
功率、流量、溫度范圍等方面優于普旭公司產品。
增濕器：材料端技術門檻較高，國產替代任務艱巨
目前我國增濕器仍以進口為主，韓國科隆是行業內龍頭公司，主要核心技術壁壘是膜管材
料的研發突破。燃料電池電堆在反應過程中，質子交換膜需維持一定的濕度以保證較高的
反應效率，因此要求反應介質需攜帶一定量的水蒸氣進入電堆，這一步通常需通過增濕器
來實現。沃瑞氫能、鸞鳥電氣、同優汽車、魔方新能源等國內企業陸續取得產業化突破，
具備一定價格優勢，大規模國產替代需要依靠材料技術的長期協同進步。
燃料電池制備工藝復雜，膜電極&雙極板設備價值量高
燃料電池電堆生產流程主要包含膜電極組件制備、雙極板制備和電堆裝配三大環節。具體
來看：1）膜電極制備：主要涉及管式爐、攪拌、涂布、貼合、熱壓和模切設備等；雙
極板制備：2）石墨雙極板生產涉及模壓、浸漬和 CNC 設備等，金屬雙極板生產涉及沖壓
（蝕刻、液壓）、清洗、激光焊接和 PVD 等設備；3）電堆裝配過程：主要涉及密封、堆
疊、活化和測試等設備。
燃料電池與動力電池生產工藝共通性較強，多家鋰電設備企業重點布局燃料電池領域。燃
料電池與動力電池生產工藝具備較強共通性，根據高工氫電的數據，國內已有多家鋰電設
備企業重點布局燃料電池領域，例如：1）先導智能于 2021M3 發布燃料電池智能制造整
體解決方案；2）科恒股份的質子交換膜涂布設備已形成批量銷售；3）星云股份于 2018M8 推出首條燃料電池膜電極處理自動裝配線等。除了部分鋰電設備企業進行橫向延
伸布局，本土燃料電池市場還涌現出魔方新能源、蘇州世椿、隆深機器人等企業。
3 競爭格局：打好示范期的突圍賽
多家廠商入局，市場集中度持續下降
2019~2021 年市場集中度維持高位，基于對政策和未來市場前景的良好預期，進入燃料電
池系統行業的企業持續增加，市場集中度有下降趨勢。2016-2021 年 6 月末累計配套車輛
上牌的 TOP5 分別是上海重塑、億華通、大洋電機、國鴻氫能（鴻力氫動）、百應能源， TOP3 和 TOP5 市占率分別為 51%和 66%，集中度較高。新進入企業在示范期間激烈的競
爭中能否存活下來，存在較大不確定性。
2019 年至 2021 年期間燃料電池電堆的 TOP3 集中度從 84%降低到 58%，市場集中度持
續下降。
根據香橙會研究院的統計，2021 年億華通是北京冬奧會最大的受益者，成為 2021 年度上
牌數量最多的燃料電池系統廠商，市場占有率高達 29%；海卓動力（青島）和上海杰寧訂
單主要來自于本地的氫能重卡示范項目；國鴻氫能（鴻力氫動）系統產品主要配套美錦能源
在國內多地區的示范項目；捷氫科技上牌訂單較為分散，配套車型囊括重卡、城市客車、客
車和乘用車。
國內外廠商積極擴產能
受到燃料電池汽車示范政策落地驅動，國內燃料電池企業開始積極擴產，現代汽車、巴拉
德、豐田國外領先企業也積極在華合資建廠。包括博世（中國）、重塑科技、清能股份、
國創氫能、國鴻氫能、氫璞創能、新氫動力、未勢能源、氫途科技、東方氫能、愛德曼、
浙江潤豐、中船 712 所、大洋電機、恒動氫能等。
產品方面，提升系統功率和功率密度
上牌車型平均功率持續提升。高工氫電數據顯示，從上牌車型的燃料電池系統功率來看， 2019-2021 年上牌車型平均功率依次為 39.6KW、52.9KW 和 93.2KW，其中 2021 年的系
統功率水平在國家示范群補貼政策的引導下出現顯著提升。分車型看，2021 年上牌燃料
電池客車車型平均功率達到 80KW 左右，燃料電池重卡車型平均功率達到 110KW 左右。
主流廠商系統的功率密度已經遠超燃料電池技術發展路線中規劃的水平，技術發展速度快
于預期。根據高工氫電，這些已達成的技術指標與燃料電池技術發展路線中規劃的功率密
度 350W/kg 相比，已經優于該目標 1.6 倍到 2.0 倍；在功率密度方面，上海重塑 Prisma 鏡星 12+與億華通 G80Pro 的質量功率密度為 702W/kg、550W/kg，國鴻氫能鴻途 G110 的質量功率密度達到了 555W/kg。在額定功率方面，上海重塑 Prisma 鏡星 12+、上海捷
氫 PROMEP4H、雄韜股份 VISH-130B 相關產品達到了 130kW，頭部企業技術優勢明顯。
（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）
精選報告來源：【未來智庫】。
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