MEA的定义及结构
MEA是电解槽及燃料电池的核心组件。它是将化学能转换为电能的电化学反应的核心部位，并决定了整个电解槽及燃料电池的功率密度及使用寿命。
MEA产业可细分为上游（即原材料与设备）、中游（即MEA製造）与下游（即氢燃料电池与水电解槽的应用场景）。
下图说明MEA的结构
MEA的基本组成部分
• CCM：它是MEA的核心组件，透过在质子交换膜(PEM)两侧涂佈阳极及阴极催化层製备而成。CCM是製造MEA的主流技术。使用CCM技术製造的MEA是利用捲对捲涂佈、丝网印刷或喷涂等方法，将催化剂、磺酸树脂及分散剂的浆料直接涂佈在PEM的两侧。其催化剂利用率高，催化层与PEM紧密结合，但製造过程相对複杂。此外，与其他製造MEA的技术相比，使用CCM技术的MEA寿命较长。CCM方法的商业化程度最高，并已经量产。
• PEM：它为质子提供离子通道，并分离阳极及阴极反应物。理想的PEM应具有高质子传导率、低电子传导率、低气体渗透率，以及良好的化学、电化学及热稳定性。
• 催化剂层：在电化学反应中分解氢及氧，产生电流。理想的催化剂层应具有高催化活性、高质子及电子传导率，以及良好的水及气管理。催化剂层是发生电化学反应的地方，中间的PEM功能是分离反应气体，并将质子从阳极传输至阴极。
• 副垫圈：它可在MEA阶段预先密封膜边缘，降低后续主垫圈的密封压力要求，并防止垫圈过度压缩造成膜材变形。在MEA生产过程中，副垫圈透过涂层、热压或激光焊接等工艺直接与膜边缘接合，形成预封装的MEA模组。
• GDL：它是固定CCM的支撑层，亦能收集电流、输送气体，以及管理反应水（气）及热量。理想的GDL应该具有高导电性、多孔性、适当的亲水╱疏水平衡、高化学及热稳定性以及低成本。
MEA产业的市场规模分析
按出货量计，全球及中国MEA产业的市场规模分别从2020年的6.1百万件及0.7百万件增至2024年的12.8百万件及4.4百万件，複合年增长率分别为20.2%及59.5%，预计2030年将分别达到约60.7百万件及32.0百万件，2024年至2030年的複合年增长率分别为29.7%及39.1%。
MEA的成本明细
PEM燃料电池MEA的成本主要由催化剂、PEM及GDL组成，分别约佔40%、26%及26%。PEM电解槽MEA的成本主要由催化剂及PEM组成，分别佔50%及28%。
铂及铱是CCM催化剂涂层中使用的主要贵金属，亦为催化剂的主要成本组成部分。特别是PEM燃料电池CCM通常含有铂元素，而PEM电解槽CCM则由精密结构化的铂基阴极及铱基阳极催化剂组成。
2020年至2024年，铂价在每金衡盎司800美元至1,100美元之间波动，由于供应短缺及需求强劲，预计铂价仍将保持高位。由于铱的稀缺性及紧张的供应链，铱的价格在2021年飙升，近年来一直在高位波动。预计未来铱价将保持高位。
大规模生产PEM燃料电池MEA的技术壁垒
• 催化剂层均匀性及成本控制：催化剂浆料的均匀涂佈（如喷涂及狭缝涂佈）需要精确控制厚度（通常地，阴极层<15μm，阳极层<5μm），以避免裂缝或团聚。否则会导致局部反应不均匀或性能下降。此外，催化剂层依赖于贵金属（如铂），而铂的稀缺性及高成本限制了大规模生产的经济可行性。
• CCM直接双面涂佈工艺与品质控制：CCM要求催化剂直接涂佈在PEM的双面，以避免传统热压法中催化剂与膜介面接触不良的问题。由于PEM既薄又软，双面涂佈时容易产生皱纹、变形等问题，影响MEA的性能。工艺参数（如温度、湿度及涂佈速度）会显著影响涂层品质。在大规模生产中，这些参数会因环境干扰而波动。因此，严格的品质控制系统是不可或缺的。
• 封装工艺：封装材料应具有优异的耐化学腐蚀性、热稳定性及弹性，以适应燃料电池的工作环境。此外，封装材料在长期使用过程中可能会发生老化或变形，这将会影响封装的效果。
大规模生产PEM电解槽MEA的技术壁垒包括：
• 催化剂层的稳定性：在PEM电解槽的阳极中，铱基催化剂是承受强酸性环境的必需品。铱稀缺，售价相对较高。大规模生产的关键解决方案是製造低铱负载或非贵金属材料替代的催化剂。
• 氢气渗透控制：在电解过程中，氢气可能会渗透到阳极，与氧气混合，造成安全风险。为降低氢气渗透风险，选用低氢渗透率的质子╱阴离子交换膜并优化MEA结构设计是实现大规模生产的要素。
• 高压下的结构设计：电解槽需要在高压(70-100 bar)下运作，因此MEA需要高强度、稳定性及耐化学性强的材料。PEM应维持质子传导率及机械特性，以避免破裂或变形，而催化剂层则应紧密附著于PEM及GDL，防止脱落或团聚。
全球及中国MEA市场的主要增长动力
• 政策支持：世界各国政府均在推动低碳经济，对氢能及燃料电池的研发活动给予鼓励。其中，绿氢生产是重点，推动了MEA在PEM水电解领域的大规模应用，并推动了显著的市场增长。同时，燃料电池技术作为一种高效、清洁的能源转换技术，亦得到大量的政策支持。
• 新兴材料与技术：近年来，新材料不断突破，如超薄PEM、非贵金属催化剂、新型GDL等。同时，MEA的製造技术亦在不断优化，例如组装的热压及喷涂技术。这些技术的进步使得MEA能够实现更高的效率、更长的寿命及更低的成本，从而获得更强的市场竞争力及更广泛的应用。
• 不断增长的客户需求：MEA在下游应用领域的快速发展，如氢燃料电池汽车、固定电源、氢能楼宇、船舶、航空等，带动了客户对MEA需求的急剧增长。市场需求的扩大亦扩大了MEA的生产规模，降低了单位生产成本，提高了企业盈利能力。规模经济已进一步推动MEA技术的进步。
全球及中国MEA市场的未来趋势
• 应用领域不断扩大：未来全球及中国MEA市场的增长将由多样化的应用所推动。技术进步正推动MEA在海洋船舶、无人机及分佈式发电等领域的应用不断扩大。例如，在无人机产业，配备MEA的燃料电池可延长飞行时间，满足物流及测量需要。在分佈式发电方面，MEA助力有效的能源转换，为偏远地区及小型企业提供稳定的电力。这些新兴应用为MEA市场带来了重要的新增长机会。
• MEA技术的进步 ：为满足燃料电池及电解槽对更高功率及效率的需求，MEA正朝著更高电流密度及电压的方向发展。更高的电流密度可增加功率输出，使能源更快生成，而更高的电压则可提高能量转换效率并降低能量损失。对于燃料电池汽车，MEA需要在高电流条件下稳定工作，以达到更快的加速度及更高的速度。
• 具有成本效益的催化剂创新：铂等贵金属催化剂的高成本妨碍了MEA的广泛应用。未来的研究重点将放在开发高性能、低铂或无铂催化剂，以及改善PEM材料，以提高MEA的耐用性并降低生产成本。这些进步将使MEA技术在各种应用中更具经济竞争力。
更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。
关 于 我 们 
·官方网站： Chinasihan.com
