电化学反应唯一场所，设计制造技术壁垒高。
在燃料电池反应过程中，氢气通过扩散层至阳极催化层，在催化层作用下生成氢 离子和电子，电子传递到阳极气体扩散层向外电路传递，氢离子由阳极催化层通过质 子交换膜传导至阴极催化层，外电路的电子经由阴极气体扩散层向阴极催化层传递， 在阴极催化剂的作用下电子、质子、氧气在阴极催化层生成 H2O，H2O 通过阴极气 体扩散层排除。
膜电极承担了燃料电池全部电化学反应，以及电子、质子、气体和水的传导，因 此，膜电极的制备工艺、催化剂的选择与载量、质子膜厚度与磺酸基含量、扩散厚度与微孔量，这些因素最终共同影响燃料电池的发电性能及效率，而膜电极的设计制造 需同时考虑这些因素，具备较高的技术壁垒。
膜电极技术演化：CCM 是主流，有序化膜电极为降本提效的新方向。20 世纪 60 年代，美国通用电气公司采用铂黑作为燃料电池催化剂，当时膜电极 铂载量超过 4 mg/cm2；20 世纪 90 年代初，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室采用碳载 铂取代铂黑的油墨（Ink）制造工艺后，使得膜电极的铂载量成倍降低；2000 年后， 低温、全固态的膜电极技术逐渐成熟，使得 PEMFC 进入面向示范应用的阶段。伴随 着 PEMFC 几十年发展，膜电极技术经历了几代革新，大体上可分为 GDE 热压法、 CCM 法和有序化膜电极三种类型：
1）第一代热压法膜电极（GDE），指将催化剂涂布在气体扩散层上，然后用热压 法将气体扩散电极和质子交换膜结合在一起。该方法优点是制备工艺简单，缺点是催 化剂利用率低（≈4mg/cm2），总体性能不高，目前已基本淘汰。 2）第二代 CCM 膜电极，指采用卷对卷直接涂布、丝网印刷、喷涂等方法直接将催化剂、磺酸树脂和适当分散剂组成的浆料涂布到质子交换膜两侧。该方法优点是 提高了催化剂的利用率（小于 0.4mg/cm2）与耐久性，缺点是催化层结构具有不稳定 性。CCM 法目前商业化程度最高，已大批量生产。 3）第三代有序化膜电极，指把 Pt 催化剂制备到有序化的纳米结构上，使电极呈 有序化结构，获得坚固、完整的催化层。该方法进一步提高了燃料电池性能，降低催 化剂铂载量（≈0.1mg/cm2），是目前膜电极制造研究的热点，但仍处于研发试验阶段， 只有小部分公司实现量产，如 3M。
氢燃料电池为商用车减排优选方案，“以奖代补”政策加速推动销量。当前交通领域电动化技术解决方案主要为纯电动及燃料电池，两者对比各有明显 优劣势。其中，氢燃料电池优势在更高的功率和能量密度，在载重和续航方面有优势， 而在加氢站等配套设施方面相较纯电存在劣势；而对于纯电车，虽然续航能力有弱势， 但是满足城市内的公交、物流车、环卫等短途行驶的续期，由于当前的成本优势，短 期内城市内交通工具的纯电化会更加迅速。因此，从技术特性上，氢燃料电池汽车适 用包括固定路线、中长途干线、高载重应用场景的商用车。
“以奖代补”新政鼓励车型朝大功率与重载方向发展。在 2020 年 9 月发布的“以 奖代补”新政中，大功率、高载重的重卡同样成为补贴最多的车型，我们以 2021 年积分标准测算，其中功率≥110kw，载重 31 吨以上的重卡最多可享受国补 50.4 万元， 假设地补按照 1:1 比例实施，则该型号重卡最多可享受补贴 100 万元，而当前配备 110kw 功率的燃料电池重卡售价仍普遍在 130~150 万元左右，对比同规格的柴油重 卡销售价格，实施完补贴后的氢燃料重卡将在初次购买成本上获得优势。
氢燃料电池汽车开启放量，预计 2030 年有望达到十万辆水平。政策正式落地将加速国内氢燃料电池车产销，根据《氢能产业中长期发展规划 （2021-2035）》，到 2025 年国内氢燃料电池车保有量达到 5 万辆，对应 2025 年销 量 2 万辆左右。规模化、国产化推动下，燃料电池成本有望快速下降，据我们保守测 算，到 2030 年国内氢燃料电池车全生命周期成本将实现与柴油重卡平价，经济性优 势驱动下，氢燃料电池车将持续放量，2030 年产销规模至少达到 10 万辆水平。
预计 2030 年膜电极需求近 150 万平米，对应国内市场规模 57 亿元。假设 2025、2030 年燃料电池车需求达 2 万辆、10 万辆，考虑燃料电池重卡放 量，预计到 2030 年，单车系统额定容量将由此前 110kW 为主逐步提升至 220kW 左 右，膜电极功率密度由目前 1W/cm2 逐步升至 1.5W/cm2 以上，对应 2030 年膜电极 需求近 150 万平米，年市场规模在 57 亿元。
