一、质子交换膜燃料电池综述
燃料电池根据膜电极内电解质不同，燃料电池电堆可分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和碱性燃料电池等类型。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）具备高功率密度、高能量转换效率、低运行温度、清洁环保等优势，已成为全球燃料电池主流技术之一。
燃料电池分类及比较
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质子交换膜根据含氟情况进行分类，主要可分为四类，全氟质子交换膜（Nafion膜）、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、复合膜。由于全氟磺酸树脂(PFSA)分子的主链具有聚四氟乙烯结构，具有优良的热稳定性、化学稳定性和较高的力学强度，聚合物膜的使用寿命较长；同时分子支链上的亲水性磺酸基团能够吸附水分子，具有优良的离子传导特性。由于非氟质子膜在苛刻的电池工作环境中很快会降解破坏，无法具备全氟磺酸离子膜的优异性能。
各类质子交换膜优缺点
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二、质子交换膜合成路线
全氟磺酸离子交换膜上游是萤石材料的开采，其主要成分是氟化钙，中间体为全氟乙烯基醚（CF2-CF-O-RF）和四氟乙烯（CF2=CF2），其中RF表示不同的烷基基团，最终合成全氟磺酸离子交换树脂。质子交换膜的合成步骤主要分为两大步骤，首先，采用全氟乙烯基醚和四氟乙烯共聚的方法来合成全氟离子交换树脂前驱体；然后前驱体经熔融挤出法来完成成膜工序。特殊情况下，会把全氟磺酸膜（PFSA）和聚四氟乙烯（PTFE）进行复合来增强膜的机械强度。
全氟离子膜合成路线图
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相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国质子交换膜燃料电池行业发展监测及投资战略研究报告》
三、质子交换膜电池行业现状分析
1、产业链
质子交换膜处于有机氟化工产业链末端，其上游是有机氟化工的单体材料，下游是基于质子交换膜的氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等应用领域。从上游来看，质子交换膜的直接材料为全氟磺酸树脂材料，向上延伸至有机氟化工中的四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚等单体材料，向上溯源可以追溯至萤石、氟化氢、制冷剂等原材料，从下游看，质子交换膜应用广泛，主要应用于氯碱工业、燃料电池、电解水、储能电池等领域，其中氯碱工业与燃料电池为主要应用领域。
质子交换膜产业链
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2、市场现状
从全球及中国燃料电池出货功率、装机情况来看，全球和中国燃料电池装机持续增长。据统计，2020年全球燃料电池装机容量为1319MW，中国装机容量为87MW。
2015-2020年全球及中国燃料电池出货功率变化
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从出货量结构来看，根据E4tech统计数据，PEMFC是目前全球最主要的燃料电池类型，2020年PEMGC出货量占全部燃料电池出货量的78.08%，其次是SOFC占比为11.19%。
2020年全球燃料电池出货量结构分布情况
资料来源：E4tech，华经产业研究院整理
从全球燃料电池市场规模来看，行业逐年上涨，市场增速预计加快。据统计，2020年全球燃料电池市场规模为36.9亿美元，同比上涨10.15%。根据2020年全球PEMFC燃料电池出货量占比为78.08%，测算出2020年全球质子交换膜燃料电池市场规模为28.81亿美元。
2015-2020年全球燃料电池市场规模及增速
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四、质子交换膜燃料电发展前景分析
质子交换膜电池能量转换率高，发电时几乎零排放，可靠性高。在交通运输设备用燃料电池方面，较其他技术优势明显，但会受到铂贵金属催化剂用量大和质子交换膜成本高的限制。自2021年以来，随着氢能源行业整体产销回暖，市场景气度提升，整体产业链认知提升。从上游质子交换膜等原材料端到下游燃料电池汽车终端应用，整体应用指标越发精细，实际可操作性逐步提升，对于行业技术发展带动积极作用。同时资本对于燃料电池行业整体关注度提升，虽然完全商业化仍有较长的路要走，但工艺和技术整体进步明显，预计随着行业热度持续上升，质子交换膜作为燃料电池核心原材料需求有望迎来大幅度提升。
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