新型二维材料增强铁电电容器能量储能：能量密度提高19倍，效率超90%【附电容器技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

科学家们开发了一种新方法，可以使用二维材料控制铁电电容器的弛豫时间，从而显着增强其能量存储能力。这项创新带来了一种提高能量密度和效率的结构，有望在高功率电子和可持续技术方面取得进步。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院机械工程和材料科学助理教授 Sang-Hoon Bae 解决了在储能应用中部署铁电材料这一长期存在的挑战。在今天(4月18日) 《科学》杂志上发表的一项研究中，Bae和他的合作者，包括华盛顿大学机械工程与材料科学副教授 Rohan Mishra 和电气与系统工程副教授 Chuan Wang，以及 Frances麻省理工学院材料科学与工程 TDK 教授 Ross介绍了一种使用2D材料控制铁电电容器弛豫时间的方法，弛豫时间是一种内部材料特性，描述电荷耗散或衰减所需的时间。

博士生 Justin S. Kim 和博士后研究员 Sangmoon Han 与 Bae 合作开发了新型 2D/3D/2D 异质结构，可以最大限度地减少能量损失，同时保留铁电3D材料的有利材料特性。他们的方法巧妙地将2D和3D材料夹在原子薄层中，每层之间都有精心设计的化学和非化学键。将非常薄的 3D 核心插入两个外部 2D 层之间，形成厚度仅为约 30 纳米的堆栈。这大约是平均病毒颗粒大小的十分之一。

2D/3D/2D异质结构经过精心设计，位于导电性和非导电性之间的最佳位置，其中半导体材料具有最佳的能量存储电性能。通过这种设计，Bae和他的合作者报告称，其能量密度比市售铁电电容器高出19倍，并且效率超过90%，这也是前所未有的。

图片来源：SciTechDaily.com

技术价值观察

电容器产业链上游为电极材料和电解质材料行业，下游行业主要应用于军用和民用领域，军用领域包括航空、航天、舰船、兵器、电子对抗等，民用领域包括消费电子、工业控制、电力设备及新能源、通讯设备、轨道交通、医疗电子设备及汽车电子等。

研究人员利用新型2D/3D/2D异质结构生产出了一种铁电电容器，其能量密度是当前模型的19倍，效率超过90%。因此，从电容器产业链上看，该技术处于产业链的上游环节。

宏观市场观察

——主要类型电容器对比

薄膜电容器是一种重要的电子元件。根据电介质的不同，电容器主要分为铝电解电容器、钽电解电容器、陶瓷电容器和薄膜电容器四大类。其中，薄膜电容器是以有机塑料薄膜做介质，以金属箔或金属化薄膜做电极，通过卷绕方式制成的电容器;相比其他介质电容器，它具有耐压高、寿命长等特性，是一种重要的电子元件。

从全球市场看，电容器的几大种类中，陶瓷电容器的需求最大，占比电容器市场比重约54%;其次是铝电解电容器，占比约23%;薄膜电容器占比约15%。薄膜电容器市场占比虽不及陶瓷电容器和铝电解电容器，但是其作为电子元器件的特性在新能源汽车、光伏等的应用较有优势。

——行业发展历程：行业得到快速发展

我国电容器行业自从上世纪80年代发展以来，中国已经成为全球最大的电容器市场，占全球市场比重超过七成。中国电容器行业规模增速持续高于全球规模增速，中国市场的快速增长成为拉动全球电容器行业规模增长的主要动力。

——全球电容器需求量、市场规模预测

铝电解电容器作为最基本的电子元件之一，被广泛用于电子信息行业以及家电等各类电子产品之中，具有体积小、电容量大及成本低的特性，尤其是单位电容量价格在所有电容器中最为便宜，符合信息产品低价化发展趋势，广泛应用于通讯、家电、汽车、电子、航空、新材料等行业，市场需求量极大。从需求量来看，2022年全球铝电解电容器及整体电容器需求量分别达到16523.9亿只和60423.6亿只，预计到2026年全球铝电解电容器及整体电容器需求量将达到20141.7亿只和72685.9亿只。

从市场规模来看，受新能源汽车、工业控制、5G商用、新型充电技术、汽车电子化等新兴产业快速发展的推动，产品持续推陈出新，催生了对铝电解电容器及其主要材料新的需求，但作为铝电解电容器主要应用领域之一的消费电子出货量下降，导致电子领域对铝电解电容器需求减弱。2022年全球铝电解电容器及整体电容器市场规模分别达到103亿美元及261亿美元。预计2026年全球铝电解电容器及整体电容器市场规模将达到131亿美元及326亿美元。

——中国电容器需求量、市场规模预测

铝电解电容器作为最基本的电子元件之一，被广泛用于电子信息行业以及家电等各类电子产品之中，具有体积小、电容量大及成本低的特性，尤其是单位电容量价格在所有电容器中最为便宜，符合信息产品低价化发展趋势，广泛应用于通讯、家电、汽车、电子、航空、新材料等行业，市场需求量极大。从需求量来看，2022年中国铝电解电容器及整体电容器需求量分别达到9558.5亿只和46602.2亿只，预计到2026年中国铝电解电容器及整体电容器需求量将达到11564.2亿只和54507.5亿只。

从市场规模来看，随着“碳达峰”、“碳中和”战略的规划部署，能源结构加速演变，我国大力推进新能源产业的发展，新能源汽车、光伏、风电等行业市场规模持续扩张，叠加上游原材料价格的增长，带动了中国铝电解电容器市场规模的增长，铝电解电容器市场占整体电容器市场占比有所提升。2022年中国铝电解电容器及整体电容器市场规模分别达到388亿元及1294亿元。预计2026年中国铝电解电容器及整体电容器市场规模将达到508亿元及1639亿元。

中国电容器技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与电容器关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华东地区，并且以广东、浙江省为重点发展区域，未来布局电容器技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南、华东地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区、浙江省温州市乐清市、广东省深圳市福田区所处电容器的相关企业，以及该地方对于电容器的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国电容器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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