发动机-电堆反应核心是整个氢燃料电池系统的核心，电堆包括膜电极、双极板以及集流板、端板、密封圈等构成，两大关键材料为膜电极和双极板，膜电极又由质子交换膜、铂族金属催化剂、气体扩散层三部分构成。

图22：膜电极和双极板是电化学反应场所

  膜电极由质子交换膜、铂族金属催化剂、气体扩散层构成，双极板是外侧黑色石墨部分，这四大零部件实质是氢原子的化学反应场所，其材料的耐久性等性能决定了电堆的使用寿命和工况适应性，也是燃料电池产业链的投资重点。

图23：丰田Mirai电堆核心由370片单片燃料电池构成

  根据上一部分对燃料电池系统的拆解，基本可以将燃料电池系统分为三部分，其中一级二级构成中的“发动机-电堆核心”是核心部分，一级二级构成中各零部件成本占比较为固定，其中一级储氢瓶、二级空气压缩机是占比较大的部分。

  三级构成的四大零部件中，除过双极板原材料为石墨成本较为固定，其余质子交换膜、铂族金属催化剂、气体扩散层成本较为浮动。

1、电堆核心-质子交换膜

  质子交换膜最大的功能是传递质子，同时隔离燃料与氧化剂，属于燃料电池的电解质。质子交换膜在氢燃料电池、电解水制氢气等领域中所交换的阳离子为质子（氢离子H+），在氯碱工业中，所交换的阳离子为钠离子（Na+），又被称为离子膜。

  目前产业化应用的均为全氟质子交换膜，质子交换膜使用的是全氟磺酸树脂，离子膜使用全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂的复合膜。全氟磺酸树脂具有强酸性，全氟羧酸树脂具有弱酸性，更能够适应氯碱工业中的碱性环境

图24：最常见的是全氟磺酸质子交换膜化工流程

  长期以来全氟质子交换膜生产主要集中在美国、日本、加拿大等国家，主要公司包括美国杜邦、陶氏、戈尔公司，日本旭硝子、旭化，加拿大巴拉德公司。杜邦公司为最早开发利用全氟质子交换膜的公司，2003年以前，杜邦是能够唯一量产质子交换膜的企业，处于质子交换膜行业的顶尖位置。

图25：质子交换膜情况

  全氟离子膜是我国国家级科技攻关项目。2002年上海三爱富新材料股份有限公司打通全氟磺酸树脂的生产工艺，通过成膜实验和燃料电池发电实验，综合性能相较于杜邦Nafion膜仍有欠缺；2005年，东岳集团与上海交通大学合作，得到国家863计划支持，成功研制出全氟磺酸离子交换膜。

  历经十余的攻关，东岳集团将树脂制备、涂布工艺探索、试验线建设、复合膜商业化制备等，已经实现了产业化突破，实现了质子交换膜及管件材料产业链布局。当前国内主要的膜材料公司有山东东岳化工集团00189.HK、江苏科润、汉丞新材料、泛亚微透688386、东材科技601208、纳尔股份002825等。