隨著數(shù)碼電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，尤其是以PC、5G手機(jī)、平板電視、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品銷量的持續(xù)增長(zhǎng)，電容器作為電子設(shè)備中不可或缺的基礎(chǔ)元器件之一，約占全部電子元件用量的40%，其市場(chǎng)規(guī)模也逐漸增長(zhǎng)。

中國(guó)無(wú)疑是全球最大的電容器市場(chǎng)。據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年全球電容器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)220億美元，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模為1102億元，占全球市場(chǎng)71%，且中國(guó)電容器市場(chǎng)規(guī)模增速持續(xù)高于全球規(guī)模增速。

超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到高度重視

電容器就是儲(chǔ)存電荷的容器，人類歷史上最早儲(chǔ)存電荷容器的裝置叫萊頓瓶。1745年荷蘭萊頓大學(xué)物理老師馬森布洛克發(fā)明了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的玻璃瓶，它的外層與內(nèi)壁都包了一層金屬箔，兩層金屬箔之間加一層絕緣體就形成了一個(gè)電容器，可以儲(chǔ)存電荷。有了這個(gè)裝置以后，人們就把摩擦產(chǎn)生的電荷存起來(lái)，進(jìn)行研究，為之后電氣時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎(chǔ)。

“以前超級(jí)電容器剛發(fā)明的時(shí)候，沒(méi)有什么應(yīng)用場(chǎng)景，如今在‘雙碳’背景下，電動(dòng)汽車、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等都呼喚更好的儲(chǔ)能設(shè)備，特別是超級(jí)電容器這種高頻、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、高功率儲(chǔ)能器件?！标惓擅椭v解超級(jí)電容器的應(yīng)用場(chǎng)景后，又描述了它的優(yōu)越性能，“超級(jí)電容器不涉及能量轉(zhuǎn)換，它直接把電荷通過(guò)物理方式儲(chǔ)存到界面上，可以做到10萬(wàn)次到100萬(wàn)次充放電后性能不發(fā)生明顯衰減。而鋰離子電池等普通的電池類器件，因?yàn)閮?nèi)部涉及一些能量轉(zhuǎn)換，所以每一次循環(huán)可能都會(huì)有一些損失?！?/span>

據(jù)了解，超級(jí)電容器和普通電池之間存在互補(bǔ)關(guān)系：能量密度方面，普通電池更勝一籌，而超級(jí)電容器是短板；在功率密度方面，普通電池有不足之處，但超級(jí)電容器從循環(huán)壽命、安全性、耐候性來(lái)看是長(zhǎng)處。所以在很多應(yīng)用場(chǎng)景下，普通電池和超級(jí)電容器會(huì)被組成混合模組，比如說(shuō)電動(dòng)汽車需要加速，或者在下坡的時(shí)候，自動(dòng)能量回收由超級(jí)電容器來(lái)工作，當(dāng)在平穩(wěn)區(qū)域續(xù)航狀態(tài)下的時(shí)候，用普通電池作為驅(qū)動(dòng)的電源，它們之間可以良好匹配。

目前，世界上許多國(guó)家都在積極開(kāi)展超級(jí)電容器相關(guān)的研究開(kāi)發(fā)工作，隨著我國(guó)對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)政策扶持力度的加大，超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展近年來(lái)也受到了高度重視。


超級(jí)電容關(guān)鍵材料被突破

儲(chǔ)能交通的核心組件、風(fēng)力發(fā)電的備用電源、港口裝備的節(jié)能助力、電磁彈射的最優(yōu)選擇……超級(jí)電容器的“超級(jí)”二字，不僅在于其清潔便利，更在于其充放電速度快、功率密度高、工作溫限寬、循環(huán)壽命長(zhǎng)，能夠滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景和特種需求。

然而，超級(jí)電容器的電極材料——碳納米管的制造難題，一度掣肘我國(guó)對(duì)這一高新技術(shù)的深度應(yīng)用：椰殼活性炭、石油膠，這兩種廣泛用于制造碳納米管的原材料，被牢牢掌握在國(guó)外少數(shù)企業(yè)手中。所幸，在寧波大學(xué)與寧波中車新能源科技有限公司的聯(lián)合攻關(guān)之下，我國(guó)在超高功率超級(jí)電容器的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用上，取得了革命性突破。

“為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，我們首創(chuàng)高密度的碳?xì)饽z，成功完成電極材料的‘換道超車’！”項(xiàng)目牽頭人，寧波大學(xué)機(jī)械學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)中車集團(tuán)首席科學(xué)家阮殿波告訴記者。

與碳納米管相比，“異軍突起”的碳?xì)饽z優(yōu)勢(shì)明顯。

“這種新材料的導(dǎo)電性遠(yuǎn)強(qiáng)于活性炭。同時(shí)，它的孔徑可以按照設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，更有利于離子通過(guò)，從而進(jìn)一步降低電極的離子阻抗。最為重要的是，碳?xì)饽z的化工原料——間苯二酚是寧波石化產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物之一，繞過(guò)了原材料的掣肘，我們才算真正解決了‘卡脖子’問(wèn)題?！比畹畈ㄕf(shuō)。

長(zhǎng)達(dá)十年、投入超過(guò)2億元的研發(fā)歷程，并非一帆風(fēng)順。阮殿波告訴記者，將碳?xì)饽z制成電極，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)曾面臨的一大難題。“碳?xì)饽z，是一種非常輕，幾乎能夠飄浮在空氣中的物質(zhì)。如何將其壓縮直至符合電極材料的要求？我們足足花了8年時(shí)間進(jìn)行攻關(guān)。”通過(guò)千百次試驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在碳?xì)饽z中加入醛類復(fù)合，終于實(shí)現(xiàn)了碳?xì)饽z的樹(shù)脂化，將其涂抹于鋁箔之上，新型電極自此誕生。

當(dāng)前，全球超級(jí)電容器的市場(chǎng)規(guī)模在百億級(jí)以上。巨大的市場(chǎng)需求背后，是一場(chǎng)“沒(méi)有硝煙的科研之爭(zhēng)”。從“卡脖子”到“掰腕子”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在超級(jí)電容器的各項(xiàng)指標(biāo)上與國(guó)際龍頭企業(yè)暗暗較勁。

“目前國(guó)外超級(jí)電容器的功率密度在16kw/kg左右，而我們研發(fā)的超級(jí)電容器，功率密度達(dá)到了75kw/kg，是國(guó)際水平的4.69倍。價(jià)格方面，特斯拉3000法拉的電容器售價(jià)在300元左右，而我們研發(fā)的電容器，售價(jià)可以降低到100元。”阮殿波自信滿滿地告訴記者，目前中車新能源已經(jīng)成為全世界最大的超級(jí)電容器供應(yīng)商。

在超級(jí)電容器的超級(jí)“加持”下，一尊尊“國(guó)之重器”擁有了更強(qiáng)性能。


未來(lái)需求穩(wěn)定

從超級(jí)電容的消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，交通運(yùn)輸、新能源、工業(yè)設(shè)備已經(jīng)成為其三大重要應(yīng)用場(chǎng)景，三者相加占到了總需求的93%左右。就以新能源為例，其市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)了60億元。除了我們剛才講到的儲(chǔ)能之外，光伏和風(fēng)電是超級(jí)電容的重要市場(chǎng)。

超級(jí)電容可以憑借其自身優(yōu)異的性能，快速響應(yīng)風(fēng)力、光照的變化，在高電壓時(shí)段儲(chǔ)存電能，低電壓時(shí)段釋放電能，平滑地輸出電壓，顯著提高發(fā)電設(shè)施的穩(wěn)定性。

從近幾年的超級(jí)電容市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，每年會(huì)保持20~30%的增長(zhǎng)速率，我國(guó)已經(jīng)成為超級(jí)電容器的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2026年全球超級(jí)電容器市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到583 億元，復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)15%。

而從整個(gè)市場(chǎng)的參與者來(lái)看，國(guó)內(nèi)主要玩家深圳惠程毛利率波動(dòng)有些顯著之外，其他玩家的毛利率總體呈現(xiàn)穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，大約在15%-25%的區(qū)間波動(dòng)。


產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)攜手成長(zhǎng)，本土廠商迎增長(zhǎng)機(jī)遇

中國(guó)超級(jí)電容市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。2021 年全球超級(jí)電容市場(chǎng)規(guī)模分地區(qū)來(lái)看，亞太 地區(qū)份額占 39%位列第一，中國(guó)是亞太地區(qū)超級(jí)電容市場(chǎng)規(guī)模排名第一的國(guó)家，2021 年 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 25.3 億元，占全球 24%份額，且中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模同比增速達(dá) 32%，遠(yuǎn)高于全 球市場(chǎng) 15%的同比增速，伴隨中國(guó)本土超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)廠商的共同努力，中國(guó)有 望引領(lǐng)全球超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)廠商齊發(fā)力，加速推進(jìn)超級(jí)電容國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。上游原材料環(huán)節(jié)，電解 液國(guó)產(chǎn)化配套已相對(duì)成熟，電極、隔膜等高技術(shù)壁壘領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化正在加速推進(jìn)，元力 股份、凱恩股份已實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)超級(jí)電容廠商配套供貨，超級(jí)電容核心技術(shù)自主可控趨勢(shì) 凸顯。中游超級(jí)電容制造環(huán)節(jié)，本土超級(jí)電容廠商新建、擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)。下游終端 應(yīng)用環(huán)節(jié)，電力能源、汽車是超級(jí)電容最主要的兩大增量市場(chǎng)，本土新能源市場(chǎng)的快速 增長(zhǎng)將帶動(dòng)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)鏈向國(guó)內(nèi)遷移，且有中國(guó)中車、新筑股份等終端廠商通過(guò)參控 股方式，為本土超級(jí)電容廠商創(chuàng)造合作研發(fā)、協(xié)同成長(zhǎng)機(jī)遇。

超級(jí)電容國(guó)產(chǎn)化率持續(xù)提升，本土廠商迎來(lái)高增長(zhǎng)拐點(diǎn)。2019 年，美國(guó)超級(jí)電容龍 頭 Maxwell 被特斯拉收購(gòu)，其超級(jí)電容業(yè)務(wù)增速逐步放緩，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額逐漸被本土廠 商搶占。目前，多家超級(jí)電容本土廠商已初具規(guī)模，其中，寧波中車憑借中車集團(tuán)在交 通領(lǐng)域及風(fēng)力發(fā)電的渠道優(yōu)勢(shì)及技術(shù)研發(fā)支持，已成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的超級(jí)電容廠商；錦州 凱美專精中小型超級(jí)電容，產(chǎn)品以單體為主，在消費(fèi)類超級(jí)電容和智能儀表領(lǐng)域形成競(jìng) 爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；江海股份憑借在工業(yè)電容領(lǐng)域的深厚積累，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景全覆蓋； 上海奧威與烯晶碳能則主要聚焦電車領(lǐng)域。受限于超級(jí)電容項(xiàng)目投入周期較長(zhǎng)，本土廠 商收入體量目前仍較小，未來(lái)，伴隨電網(wǎng)調(diào)頻、混合儲(chǔ)能、車用等新興領(lǐng)域市場(chǎng)的快速 起量，本土廠商有望迎來(lái)高增長(zhǎng)拐點(diǎn)。