瞻觀前沿
科學家們開發了一種新方法，可以使用二維材料控制鐵電電容器的弛豫時間，進而顯着增強其能量存儲能力。這項創新帶來了一種提高能量密度和效率的結構，有望在高功率電子和可持續技術方面取得進步。
聖路易斯華盛頓大學麥凱維工程學院機械工程和材料科學助理教授 Sang-Hoon Bae 解決了在儲能應用中部署鐵電材料這一長期存在的挑戰。在今天(4月18日) 《科學》雜志上發表的一項研究中，Bae和他的合作者，包括華盛頓大學機械工程與材料科學副教授 Rohan Mishra 和電氣與系統工程副教授 Chuan Wang，以及 Frances麻省理工學院材料科學與工程 TDK 教授 Ross介紹了一種使用2D材料控制鐵電電容器弛豫時間的方法，弛豫時間是一種内部材料特性，描述電荷耗散或衰減所需的時間。
博士生 Justin S. Kim 和博士後研究員 Sangmoon Han 與 Bae 合作開發了新型 2D/3D/2D 異質結構，可以最大限度地減少能量損失，同時保留鐵電3D材料的有利材料特性。他們的方法巧妙地将2D和3D材料夾在原子薄層中，每層之間都有精心設計的化學和非化學鍵。将非常薄的 3D 核心插入兩個外部 2D 層之間，形成厚度僅為約 30 納米的堆棧。這大約是平均病毒顆粒大小的十分之一。
2D/3D/2D異質結構經過精心設計，位于導電性和非導電性之間的最佳位置，其中半導體材料具有最佳的能量存儲電性能。通過這種設計，Bae和他的合作者報告稱，其能量密度比市售鐵電電容器高出19倍，并且效率超過90%，這也是前所未有的。
圖檔來源：SciTechDaily.com
技術價值觀察
電容器産業鍊上遊為電極材料和電解質材料行業，下遊行業主要應用于軍用和民用領域，軍用領域包括航空、航天、艦船、兵器、電子對抗等，民用領域包括消費電子、工業控制、電力裝置及新能源、通訊裝置、軌道交通、醫療電子裝置及汽車電子等。
研究人員利用新型2D/3D/2D異質結構生産出了一種鐵電電容器，其能量密度是目前模型的19倍，效率超過90%。是以，從電容器産業鍊上看，該技術處于産業鍊的上遊環節。
宏觀市場觀察
——主要類型電容器對比
薄膜電容器是一種重要的電子元件。根據電媒體的不同，電容器主要分為鋁電解電容器、钽電解電容器、陶瓷電容器和薄膜電容器四大類。其中，薄膜電容器是以有機塑膠薄膜做媒體，以金屬箔或金屬化薄膜做電極，通過卷繞方式制成的電容器;相比其他媒體電容器，它具有耐壓高、壽命長等特性，是一種重要的電子元件。
從全球市場看，電容器的幾大種類中，陶瓷電容器的需求最大，占比電容器市場比重約54%;其次是鋁電解電容器，占比約23%;薄膜電容器占比約15%。薄膜電容器市場占比雖不及陶瓷電容器和鋁電解電容器，但是其作為電子元器件的特性在新能源汽車、光伏等的應用較有優勢。
——行業發展曆程：行業得到快速發展
大陸電容器行業自從上世紀80年代發展以來，中國已經成為全球最大的電容器市場，占全球市場比重超過七成。中國電容器行業規模增速持續高于全球規模增速，中國市場的快速增長成為拉動全球電容器行業規模增長的主要動力。
——全球電容器需求量、市場規模預測
鋁電解電容器作為最基本的電子元件之一，被廣泛用于電子資訊行業以及家電等各類電子産品之中，具有體積小、電容量大及成本低的特性，尤其是機關電容量價格在所有電容器中最為便宜，符合資訊産品低價化發展趨勢，廣泛應用于通訊、家電、汽車、電子、航空、新材料等行業，市場需求量極大。從需求量來看，2022年全球鋁電解電容器及整體電容器需求量分别達到16523.9億隻和60423.6億隻，預計到2026年全球鋁電解電容器及整體電容器需求量将達到20141.7億隻和72685.9億隻。
從市場規模來看，受新能源汽車、工業控制、5G商用、新型充電技術、汽車電子化等新興産業快速發展的推動，産品持續推陳出新，催生了對鋁電解電容器及其主要材料新的需求，但作為鋁電解電容器主要應用領域之一的消費電子出貨量下降，導緻電子領域對鋁電解電容器需求減弱。2022年全球鋁電解電容器及整體電容器市場規模分别達到103億美元及261億美元。預計2026年全球鋁電解電容器及整體電容器市場規模将達到131億美元及326億美元。
——中國電容器需求量、市場規模預測
鋁電解電容器作為最基本的電子元件之一，被廣泛用于電子資訊行業以及家電等各類電子産品之中，具有體積小、電容量大及成本低的特性，尤其是機關電容量價格在所有電容器中最為便宜，符合資訊産品低價化發展趨勢，廣泛應用于通訊、家電、汽車、電子、航空、新材料等行業，市場需求量極大。從需求量來看，2022年中國鋁電解電容器及整體電容器需求量分别達到9558.5億隻和46602.2億隻，預計到2026年中國鋁電解電容器及整體電容器需求量将達到11564.2億隻和54507.5億隻。
從市場規模來看，随着“碳達峰”、“碳中和”戰略的規劃部署，能源結構加速演變，大陸大力推進新能源産業的發展，新能源汽車、光伏、風電等行業市場規模持續擴張，疊加上遊原材料價格的增長，帶動了中國鋁電解電容器市場規模的增長，鋁電解電容器市場占整體電容器市場占比有所提升。2022年中國鋁電解電容器及整體電容器市場規模分别達到388億元及1294億元。預計2026年中國鋁電解電容器及整體電容器市場規模将達到508億元及1639億元。
中國電容器技術賽道熱力圖
根據前瞻産業熱力圖顯示，與電容器關鍵技術強關聯的城市叢集主要集中在華南和華東地區，并且以廣東、浙江省為重點發展區域，未來布局電容器技術及其他相關技術的發展路徑，極大可能性在于華南、華東地區優先導入，其中可重點關注廣東省廣州市天河區、浙江省溫州市樂清市、廣東省深圳市福田區所處電容器的相關企業，以及該地方對于電容器的産業發展投資環境、供給市場的潛力空間。
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更多本行業研究分析詳見前瞻産業研究院《中國電容器行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。
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