2013-2018年超级电容器市场调查投资咨询研究报告

-2018年超级电容器市场调查投资咨询研究报告第一章超级电容器行业概述第一节超级电容器行业相关概念阐述一、超级电容器定义及分类超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器,黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。分类：按原理超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。赝电容型超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质1.酸性电解质，多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。其他1.液体电解质超级电容器，多数超级电容器电解质均为液态。2.固体电解质超级电容器，随着锂离子电池固态电解液的发展，应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电解质进行研究。二、超级电容器的特性及用途超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结够允许其面积达到2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离（<10Å）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。技术特性：1.充电速度快，充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上；2.循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次；3.能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；4.功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍；5.产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；6.安全系数高，长期使用免维护；7.超低温特性好，可工作于摄氏零下30℃的环境中；8.检测方便，剩余电量可直接读出。超级电容器应用领域:1、税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。2、智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动电源3、太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。4、手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。5、电动玩具电动机、语音IC、LED发光器等小功率电器的驱动电源。6.电动汽车快速启动7.电力系统电网改造户外开关8.风力发电海上风机第二节超级电容器的产业链简介一、行业上游市场分析超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般情况下容值范围可达1-5000F。超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件。超级电容器是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的电容量的。在超级电容器中，采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的两个多孔炭电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成双集电层。我国活性炭产业近年发展迅速，已形成以河南长葛市、宁夏银川周边地区、山西大同地区为代表的“三大”活性炭生产基地。活性炭是一种重要的基础化工产品，已在电力、石油、化工、食品、医药、印染和环保等国民经济的诸多领域得到了广泛应用。2010年,中国的活性炭总产量占世界总量的约三分之一,出口量占世界总出口量的40%以上｡仅河南省长葛市现已拥有包括河南大明化工有限公司在内的活性炭生产企业30多家,其中规模以上企业7家,企业资产规模已达1.95亿元,实现工业总产值3.6亿元｡活性炭行业发展建议：1发挥活性炭行业协会的作用，加强行业的协调和管理，加强企业间的合作并逐步向企业集团过渡，建立和培育中国的大型活性炭企业集团，增强国际竞争力2003年12月国家民政部正式批准，成立的中国林产工业协会活性炭分会是目前我国唯一的活性炭行业组织，它是一个跨地区、跨部门、跨所有制的在自愿、平等、互利、互惠的原则下组成的全国活性炭行业组织，希望通过各方努力办成活性炭的企业之家，在协助政府部门积极做好活性炭企业的组织、协调、交流、指导等方面的服务工作，使我国活性炭行业走上健康有序的发展道路，在增强国际市场的竞争力等方面发挥更大作用，真正成为政府有关部门与行业企业之间的桥梁和纽带。2注意现有活性炭原料资源的有效利用，积极寻找替代原料和开发新资源其实，可供抽制活性炭的资源很多，如南方的竹、木，北方的果壳，果核、木材加工三剩物、棉花秆、稻壳、优质煤、天然沥青、炭黑、石油焦、石油沥青等含碳资源。有针对性地开发活性炭资源对于满足不同需求是有益的。例如，我国每年生产5万多吨糠醛，每生产一吨糠醛有10~12吨废渣，利用其废渣生产的活性炭其硫容量很高，用于气体脱硫有很好效果。再如中温煤焦屑也可以生产出净化含酚废水用的廉价含碳吸附剂;石化行业大量废弃的石油焦也是一种很好的活性炭原料，通过简单的过热水蒸气加工即可生产出优质净水炭。3密切科技与生产实际相结合，大力提倡科技创新，组织力量攻克化学法生产中的污染治理和降低消耗目前我国大多数木质活性炭厂由于规模小、资金不足、技术力量有限，在治理污染方面均未能根本解决问题。根据有关资料，化学法生产中的污染治理和降低消耗就其技术而言是可以做到的。例如日本氯化锌法生产活性炭锌耗几乎为零，所采用设备为回转炉;美国磷酸法生产活性炭酸耗为0.2吨/吨以下，所用炉型亦为回转炉。我国浙江、江苏等有些活性炭企业近几年经采用新的转炉和气相回收装置后，酸耗和气相污染有很大降低和改善。尽可能采用适合的活性炭再生方法，以使活性炭“循环再利用”，进一步节约资源，降低使用成本。建议有关部门加大科研经费投入，走产学研相结合的道路，组织科研院所、大专院校和企业紧密合作，吸收国外先进技术，开发具有重大经济效益和社会效益的科研项目，共同攻关，建立几个有自身知识产权的有实际效益的示范工厂，争取在不长时间内将化学生产活性炭厂的污染和消耗降到更低水平。4加强活性炭基础研究和新技术新产品的研究与开发深入探讨活性炭的制取条件与活性炭结构形成和调变关系，逐步做到针对不同的吸附解吸要求而有对应的生产工艺，努力紧跟世界高新技术的发展方向，建成具有我国特色的知识创新体系，大力加强活性炭新品系列的研究和开发应用，如活性炭的超细化和活性炭与纳米材料的复合，高新电子电极材料和真正的“蓄电池”产品、新型催化剂载体、药物缓释剂、生物制剂线化专用活性炭、高能量密度物质的存贮专用活性炭、纳米氧化催化剂、活性炭复体等。二、行业下游市场分析目前，超级电容器正快速被各个领域的电子/电器产品所应用。其中，微型超级电容器在小型机械设备上已得到广泛应用，例如数码相机、掌上电脑、智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）、远程抄表系统、仪器仪表、电子门锁、程控交换机、无绳电话和电动玩具等；而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上，如太阳能产品、电动汽车、电力系统、风力发电、海上风机税控机和真空开关等领域具有广泛的应用空间。据相关研究机构的数据，2010年全球超级电容器的市场规模约为57亿元，其中：扣式超级电容器市场规模约为23亿元，大中型超级电容器市场规模约为34亿元。2013年全球超级电容器的市场规模达到108亿元，2016年将达205亿元，超级电容器市场规模快速发展的主要原因是大中型超级电容器增长速度较快，估计2011-2016年大中型超级电容器年复合增长率将达到30.77%。在中国地区，据相关研究机构的数据显示：超级电容器市场规模增长迅速，年复合增长率为27.04%。具体数据显示如下：图表SEQ图表\*ARABIC12009-2016年我国超级电容器市场规模比较情况及预测年份市场规模（元）年增长率2009年7.0亿——2010年8.5亿21.43%2011年10.9亿28.24%2012年14.5亿32.94%2013年19.2亿32.51%2016年33.8亿20.08%数据来源：模型预测及专家整理超级电容器以环保、节能、成本低的优势性能成为了消费电子、公共交通现代化、智能电网、能源发电系统的最佳方案，同时也是航空航天、军事、环保方面的生力军。1、超级电容器与消费电子领域随着集成多种应用功能的便携式消费电子产品（微电网）对电池电量的要求越来越高，作为一种新型储能元件，经过多年发展、技术日益成熟的超级电容器成为各产品的首选。目前一些微型超级电容器在一些如数码相机、掌上电脑、电动玩具和无线电话等消费电子商得到了广泛的应用。在照明应用上：由于手电筒电池寿命短，使用一段时间后电筒光线会越来越暗，这个将使需要紧急情况下使用照明设施将带来重大不变，即使是现代的LED手电筒，也需要数小时充满电，而且电池的循环寿命很短。使用超级电容器做为储能元件的手电筒，充电只需几十秒，循环寿命可达50万次。这种手电筒特定用户使用较多，如警察和军队。在电动玩具中，现代便携电动工具是使用电池作为电源的，需要瞬间高功率及长寿命，并且要求快速充电。使用超级电容器与电池并联能提供3—5S切割时间，切割次数为100次，使电池寿命会由于减少峰值电流加倍。所以，将超级电容器与电池组合可以解决电源缺口问题，即超级电容器也可以作为电源对电子玩具供电，能使产品满足应用的需求性能，同时也可以降低使用成本、减轻质量。在数码相框方面，数码相框是时尚的电子消费品，是用于展示数码摄影后产生的照片，而全世界打印的数码相片不到35%。因此，数码相框已成为现代家庭必备的装饰品，为数码相框带来了市场需求。数码相框由三大部件组成：LCD液晶屏、PCB电路板和外框。其中PCB电路板是数码相框的核心，需要为数码相框提供内部存储空间以及外接存储卡功能。超级电容寿命长、电阻小、储能巨大，充电快速等性能成为数码相框首选材料。另外，StrategyAnalytics手机元器件技术服务发布最新研究报告：两种新手机技术“无线充电”和“超级电容器”的兴起，将有可能在改进手机充电体验上提供非常大的市场规模潜力。结合使用超级电容器和无线充电技术，便能形成优质解决方案，以解决很多手机用户都在经历的越来越严重的电池能源缺口问题。另外，StephenEntwistle提到：“超级电容器已经出现多年，只是现在才被引进到手机中，主要用于照相机闪光应用中，其短时间内提供高功率的能力非常理想。StrategyAnalytics认为，这项技术日臻成熟，正好成为无线充电器的补充技术。”2、超级电容器与汽车、交通领域节能、环保话题逐步深入大家生活的每个角落中，新能源汽车正快速走向经济舞台。目前，新能源汽车主要分为：①“纯电驱动”技术为特征的插电式混合动力汽车；②以传统混合动力系统拓扑结构为特征的汽车，该系统中的能量存储缓冲单元聚焦速度更快，直接向以超级电容为能量存储缓冲单元方式聚焦。在汽车工业中，超级电容器在智能启停控制系统的应用原理及优势主要是：①减速或短停车时，将制动过程中产生的热能转换成电能储存在电容器里;②前进或加收时，电容器则将电能瞬间输出给智能启停控制系统中的电机，带动发动机工作。这样，在整个启停过程，汽车没有油耗，既经济又环保。因此具备快速充放电的超级电容器成为最佳选择，也是智能启停控制系统最重要的组成部分，为超级电容器在汽车工业上的应用提供了广阔的舞台。据业内估计：“十城千辆”工程的继续推进和环保主题的深入，到2012年，我国新能源客车年销量有望达到15000辆，而这其中将约有3600辆采用超级电容器作为唯一动力（纯超级电容公交车）或者辅助动力（混合动力车）的超级电容公交车。目前，以郑州宇通、南车时代电动、厦门金旅、深圳五洲龙等为代表的整车企业生产的市场化主流产品中的能量存储缓冲单元均已采用或倾向采用超级电容器。3、超级电容器与新能源领域在新能源发电领域，超级电容器依托于自身电阻下、储能大、充电快、寿命长和可靠性强等优势。目前，在太阳能产品、电力系统、风力发电、海上风机税控机等领域得到广泛应用。自然能源如太阳能、风能，往往具有不均匀性，电能输出容易发生变化。因此需要一种缓冲器来储存能量，即在电能输出大时将过剩的能量存储在储能装置中；同时，在电能输出不足时，可以在短时间内通过储能装置提供所需的峰值能量，起到一定的过度作用。在自然能源采集领域里，一些发电流程还离不开液压系统或电池，因为发电机的扇叶每次停下时，内部的涡轮机就会将扇叶调整到指定位置，在这个运作过程中所需的电能就是通过液压系统或电池来提供的。但对于电池来说，间歇性工作强度大，再加上常年的负荷，会导致自身使用寿命大打折扣，而大功率超级电容器利用其充放电快，循环寿命长的特点，代替了电池为发电机提供电源，而且较电池需要频繁维护和更换的费用而言，超级电容器的费用会显得更低廉，同时还可以降低工程师的维修、更换电池等工作强度。因此，在未来时间里，超级电容器凭借其独有的优势将被广泛被应用到新能源发电等领域中。4、超级电容器与智能分布式电网系统随着社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性的要求越来越高，传统的大电网供电方式由于其本身的缺陷已经不能满足这种要求。能够集成分布式发电的新型电网——微电网应运而生，它能够节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性，是未来的发展方向。电容作为微电网中必不可少的储能系统，发挥着十分重要的作用。在微电网中，由于负荷或者微电源导致的电能质量问题往往具有持续时间短、出现频繁的特点。相比较而言，作为短期储能装置，超级电容器在微电网中的应用更为理想。使用超级电容器储能系统可以有效地解决这个问题，它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组，同时充分利用了负荷低谷时机组的发电，避免了浪费。如电梯、提升机、地铁电站等恶性负荷的微电网中，配置超级电容器储能单元可以减少电力驱动系统对微电网的负面冲击影响。第三节超级电容器行业地位分析由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门的国家管理机构（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就超级电容器技术水平而言，俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、法国、英国、澳大利亚等国家也在急起直追，各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。在我国推广使用超级电容器，能够减少石油消耗，减轻对石油进口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。如今，国内主要有几十家企业在进行超级电容器的研发。第四节超级电容器行业市场特点超级电容器作为一种新型储能装置，具有显著的特点和优势，可以在某些领域取代传统蓄电池，在节能环保日益成为主题的今天，它的应用越来越引起世界各国的重视。超级电容器产业化受到各国重视美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前处于领先地位国内从事大容量超级电容器研发的厂家共有100多家，能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有30多家在超级电容器的产业化方面，美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前处于领先地位。如美国的Maxwel，日本的Nec、松下、Tokin和俄罗斯的Econd公司等，这些公司目前占据着全球大部分市场。国外主要的生产企业有：美国的Maxwell公司，俄罗斯的Econd公司、Elit公司，日本的Elna公司、Panasonic公司、Nec-Tokin公司，韩国的Ness公司、Korchip公司、Nuintek公司等。美国、日本、韩国等国家一直致力于开发高比功率和高比能量的超级电容器。在超级电容器的研究中，许多工作都是开发在各种电解液中有较高比能量的电极材料。目前应用于超级电容器的材料主要有碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物材料三种。国外研究超级电容器起步较早，技术相对比较成熟。它们均把超级电容器项目作为国家级的重点研究和开发项目，提出了近期和中长期发展计划。俄罗斯的Esma公司是生产无机混合型超级电容器的代表，然而，Esma公司目前还没有形成规模生产能力。此外，俄罗斯的Elit公司、法国的Saft公司、美国的Cooper公司、日本的Nec公司和松下公司也投入巨大资金对大容量超级电容器进行规模化生产的研究。近年来，由于看好这一领域广阔的应用前景，中国一些公司也开始积极涉足这一产业，